KR100898516B1 - 액체 방울 토출 헤드 및 화상 형성 장치, 액체 방울 토출장치, 기록 방법 - Google Patents

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Abstract

노즐 형성 부재의 노즐 형성 부와 외주 부에 동일한 발수 공정이 제공되면, 그 구조적 요구에 의해 제한되지 않는 외주 부에까지 노즐 형성 부과 동일한 공정이 요구되고 그 결과 생산 공정이 복잡해지고, 비용이 높아진다.
제1발수 공정으로 인한 제1발수층이 노즐판 2의 표면의 노즐 형성 부 21의 표면 상에 형성되고, 제1발수 공정과 다른 제2발수 공정으로 인한 제2발수층이 노즐 판2 의 외주 부(표면의 바깥 부분)에 형성된다. 간단한 공정을 통해 제2 발수층을 형성할 수 있도록 하는 물질 및 공정들이 제2발수 공정에서 선택될 수 있다.
액체토출헤드, 화상형성장치, 액체방울토출장치, 기록방법

Description

액체 방울 토출 헤드 및 화상 형성 장치, 액체 방울 토출 장치, 기록 방법{LIQUID DROP EJECTING HEAD AND IMAGE FORMING APPARATUS, LIQUID DROP EJECTING APPARATUS, RECORDING METHOD}
본 발명은 액체 방울 토출 헤드 및 화상 형성 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표면이 발수 처리된 액체 방울 토출 헤드 및 상기 액체 방울 토출 헤드를 갖는 화상 형성 장치, 액체방울 토출 장치, 기록 방법에 관한 것이다.
프린터, 팩시밀리, 복사기 및 그들의 복합기와 같은 이미지 현상 장치로 잉크젯 기록 장치가 알려져 있다. 기록 헤드로 액체 방울 토출 헤드를 갖는 상기 잉크젯 기록 장치는 피기록매체(이하에서 이는 용지로 지칭되지만, 그 재질이 종이에 한정되는 것은 아니며, 기록 매체, 전사 용지, 전사 물질 및 기록 물질을 지칭할 수 있다) 위에 기록 액체로서 잉크를 토출함으로써 기록(이미지 현상, 캐릭터 인쇄, 이미지 인쇄 및 동일한 의미로 사용되는 인쇄)을 수행한다.
그러나, 상기 액체 방울 토출 헤드는 노즐로부터 온 액체 방울을 토출하므로, 노즐 형성 및 정밀도가 잉크 방울의 분사 특성에 중대한 영향을 미친다. 또한, 노즐 구멍을 형성하는 노즐 형성 부재의 표면 속성이 잉크 방울의 토출 특성에 영 향을 미친다는 것도 알려져 있다. 잉크가 노즐 형성 부재 표면의 노즐 구멍의 원주 부분에 달라붙고, 울퉁불퉁한 잉크 뭉침이 발생하면, 예를 들면, 잉크 방울의 토출 경로가 바뀌는 것과 같은 불편함이 생기고, 잉크 방울의 크기에 변형이 발생하며, 잉크 방울의 분사 속도가 불안정해진다.
종래의 액체 방울 토출 헤드에 있어서, 노즐을 형성하는 노즐 형성 부재의 표면에 잉크가 배지 않도록 하는 발수 처리(잉크-억제 공정)를 했을 뿐 아니라. 노즐 표면의 클리닝 후에 청소된 잉크들의 퇴적물이 쌓여, 종이 표면이 상기 청소된 잉크의 퇴적물들을 건드려, 종이 표면이 오염되어 표면과 마주하는 반대쪽 표면 및 노즐 커버의 측면에도 발수 공정이 제공되었으며, 또한, 노즐 형성 부재의 외부를 덮는 노즐 커버가 제공될 때에는 헤드를 고정하기 위해, 헤드 베이스에도 발수 공정이 제공되었다.
특허 문헌 1 : 일본 3457458
특허 문헌 2 : 일본 2001-310476, A
특허 문헌 3 : 일본 2002-067288, A
한편, 상술한 바와 같이, 노즐 형성 부재의 표면이나 노즐 커버의 표면, 헤드 베이스 등에 발수 처리를 하는 경우, 공정의 공통화 등의 목적에서 동일한 처리로 동등한 발수성을 가지는 발수층을 형성하는 발수 처리가 행해지고 있다.
그러나, 노즐의 형성된 노즐 형성 부재 표면에의 발수 처리는, 노즐의 내벽으로의 발수 층의 침투 방지, 발수 층의 막후의 균일화 등 세심한 관리가 요구된다. 반면, 노즐 형성 부재의 외주 부를 형성 하고 있는 노즐 커버에 대한 발수 처리에서는 발수성의 유무의 단순한 관리만이 요구된다.
따라서, 이러한 다른 요구에 대해서 높은 관리가 요구되는 노즐 형성 부재 표면에 대한 발수 처리로 공정을 공통화하는 것은, 제한이 많은 노즐 형성 부재 표면에의 처리를 외주 부에도 실시하게 되어, 비용이 높아진다는 문제점이 있다.
특히, 노즐 형성 부재의 외주 부에 노즐 커버 등과 같은 별도의 부재를 이용하는 경우, 노즐 커버 단독으로 발수 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 공정을 공통화하는 것으로 인한 장점보다 노즐 커버 단독으로 발수 처리하는 것이 단순한 공정 및 값싼 공정을 선택할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 노즐 형성 부재의 노즐을 형성하는 노즐 형성 부 및 외주 부가 동일한 발수 공정을 갖기 때문에, 전면에서 거의 동일한 발수성을 가지게 되며, 남아있는 청소된 잉크는 임의적으로 노즐 표면이나 외주 부에 남게 된다.
이것이 축적되면, 결국 지면 오염의 원인 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 상기한 문제점들을 해결하는 것이다. 즉, 본 발명의 일반적인 목적은 구성이 덜 요구되는 노즐 형성 부재의 외주 부에 행하여지는 발수 공정을 단순하게 진행함으로써 비용을 절감할 수 있는 액체 방울 토출 헤드 및 상기 액체 방울 토출 헤드를 갖는 이미지 형성 장치, 액체 토출 장치, 기록 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에서는 노즐을 형성하는 노즐 형성 부재의 표면에 기록 액체가 배지 않도록 하는 발수 공정이 적용되고, 노즐 형성 부재의 외주 부의 발수 공정은 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부의 표면에 제공되는 발수 공정과 다른 구조를 갖는 액체 방울 토출 헤드를 제공한다. 노즐 형성 부재의 외주 부는 노즐 형성 부재의 외주 부 및 만일 노즐 형성 부재의 외주 부에 덮개(커버) 부재가 제공된다면 이를 포함하는 것을 의미한다.
본 발명에서는 상기 노즐 형성 부재의 외주 부의 발수성은 노즐 형성 부의 발수성보다 상대적으로 높은 것이 바람직하다. 또한, 노즐 형성 부재의 외주 부의 모서리 부분은 발수성을 갖는 수지 성분으로 형성된 보호 부재(protection member)로 덮혀 있다.
또한, 상기 노즐 형성 부재의 외주 부은 노즐 커버로 덮혀 있고, 그리고, 상기 발수 공정이 노즐 커버에 제공된다. 이러한 경우에, 상기 발수 공정은 노즐 커버 안쪽 면 및 바깥 쪽 면에 모두 제공되는 것이 바람직하다.
노즐 형성 부재의 노즐 형성 부에 실리콘 수지를 포함하는 발수 공정이 제공된다. 상기 노즐 형성 부재의 외주 부에는 플루오르를 함유한 비결정질 물질을 포함하는 발수 공정이 제공된다. 상기 헤드는 액체 방울의 토출 방향과 기록 액체의 흐름 경로 방향이 사이드 슈터 매카니즘(side shooter mechanism)이다.
본 발명의 이미지 형성 장치에는 기록 액체의 액체 방울을 토출하는 기록 헤드가 제공되며, 상기 기록 헤드는 본 발명의 액체 방울 토출 헤드이다.
본 발명에서 기록 액체는 안료를 포함하는 잉크이다.
본 발명의 액체 토출 장치에는 본 발명의 액체 방울 토출 헤드가 제공된다.
본 발명의 기록 방법은 본 발명의 액체 방울 토출 헤드로부터 기록 액체의 액체 방울이 토출되고, 기록 매체 위에서 기록이 수행되는 것이다.
본 발명에서, 상기 기록 매체는 베이스 물질 및 적어도 하나의 상기 베이스 물질의 표면 위의 코팅층으로 이루어진다. 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 조건에서 동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된 100ms의 접촉 시간에 상기 기록 매체 위로 전사되는 기록 액체의 양은 약 2 내지 40ml/m2이며, 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 조건에서 동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된 400ms의 접촉 시간에 상기 기록 매체 위로 전사되는 기록 액체의 양은 약 3 내지 50ml/m2이다. 한편, 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 조건에서 동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된 100ms의 접촉 시간에 상기 기록 매체 위로 전사되는 순수한 물의 양은 약 2 내지 45ml/m2이며, 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 조건에서 동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된 400ms의 접촉 시간에 상기 기록 매체 위로 전사되는 순수한 물의 양은 약 3 내지 50ml/m2이다.
상기 기록 매체는 적어도 하나의 베이스 물질 및 코팅층으로 이루어져 있고, 상기 코팅층의 고형분 양은 0.5 내지 20g/m2 사이이다. 상기 기록 매체의 평량(grammage)는 50 내지 250g/m2 사이이다. 상기 기록 매체는 슈퍼칼렌더드(supercalendered) 처리된다. 상기 기록 매체는 안료로 카올린(kaolin)을 함유한다. 상기 기록 매체는 수성 수지(water-based resin)를 포함한다. 상기 수성 수지는 수용성 수지 또는 물-분산성 수지이다.
또한, 상기 기록 액체는 적어도 하나의 물, 착색제 및 습윤제(humectant)를포함한다. 섭씨 25도의 온도에서 상기 기록 액체의 표면 장력은 15 내지 40mN/m이다. 상기 기록 액체는 분산 가능한 착색제를 포함하며, 상기 분산가능한 착색제의 평균 입자 직경은 0.01 내지 0.16㎛ 사이이다. 상기 기록 액체의 점도는 섭씨 25도의 온도에서 1 내지 20mPa·sec이다. 상기 기록 액체는 플루오르화 계열 계면 활성제를 포함한다.
본 발명의 상기 액체 방울 토출 헤드에 의하면, 노즐 형성 부재의 외주 부와 노즐을 형성하는 노즐 형성 부에 다른 발수 공정이 제공되기 때문에, 구성이 덜 요구되는 노즐 형성 부재의 외주 부의 발수 공정을 단순하게 진행함으로써 비용을 낮출 수 있다.
본 발명의 이미지 형성 장치 및 액체 토출 장치에 의하면, 상기 장치들이 본 발명의 액체 방울 토출 헤드를 가지기 때문에, 비용을 낮출 수 있다.
본 발명의 기록 방법에 의하면, 본 발명의 액체 토출 장치로부터 액체 방울이 토출되기 때문에 고품질의 이미지를 기록할 수 있다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들이 하기한 상세한 설명에 의해 더 나타나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 제1 실시예를 도 1 및 2을 참조하여 설명한다. 덧붙여 도 1은 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 분해 투시도이고, 도 2는 상기 헤드의 액체 챔버의 장 방향에 따른 단면도이며; 도 3은 상기 헤드의 액체 챔버의 단 방향에 따른 단면도이다.
예를 들면, 이러한 액체 방울 토출 헤드는 단결정 실리콘 기판으로부터 형성된 유로 판 1과 상기 유로 판 1의 윗면에 접합되는 노즐 형성 부재인 노즐판 2와 이 유로 판 1의 아래쪽 면에 접합되는 진동판 3을 가진다. 이에 따라, 액체방울을 토출하는 노즐 4는 통신로 5를 통해 통신되는 가압 액체 챔버 6, 유체 저항 부 7, 상기 유체 저항 부 7을 통해 액체 챔버 6과 통신하는 통신부 8을 형성한다. 그런 다음 통신부 8의 진동판 3에 형성한 공급구 9를 통해 후술하는 프레임 부재 17에 형성된 공통액체 챔버 10으로부터 기록 액(예를 들면 잉크)을 공급한다.
그런 후에, 각 가압액체챔버 6에 대응해, 진동판 3에 형성한 미도시된 연결부를 통해 구동 소자(액츄에이터 수단, 압력 발생 수단)로서의 적층형 압전소자(laminating type piezoelectric transducer) 12의 상단면을 액체 챔버 6의 벽면을 형성하는 진동판 3의 면 외측(액체 챔버6으로 반대면측)에 접합시킨다.
또, 적층형 압전소자 12의 하단면은 베이스 부재 13에 접합시킨다.
여기서, 압전소자 12는, 압전 재료 층 21, 내부 전극 22a, 22b를 교대에 적층한 것으로, 내부 전극 22a, 22b를 각각 단면에서 꺼내어 단면 전극(외부 전극) 23a, 23b에 접속한다. 이에 따라 단면 전극 23a, 23b에 전압을 인가함으로써, 적층 방향의 변위를 일으킨다.
그리고, 구동신호를 주기 위해서 땜납 접합 또는 ACF(이방 전기전도성 막) 접합 혹은 와이어 본딩으로 FPC 케이블 15을 압전소자 12에 접속시킨다. 이 FPC 케이블 15에는 각 압전소자 12에 선택적으로 구동 파형을 인가하기 위한 미도시된 구동 회로(드라이버 IC)가 실장된다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 액체 챔버 단 방향(노즐 4의 라인 방향)에서는, 압전소자 12 및 지주부 12A를 교대에 놓는 바이-피치 구조로 할 수도 있고, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 지주부 12를 구비하지 않는 노멀 피치 구조로 할 수도 있다.
이러한 헤드에서는, d33 방향의 변위를 압전소자 12의 압전 방향으로 이용해 액체 챔버6 내의 잉크를 가압하는 구성, 또한 액체방울의 토출 방향이 액체 챔버 6 에서의 기록 액체의 흐름 방향과 다른 사이드 슈터 방식으로 액체방울을 토출시키는 구성으로 하고 있다.
사이드 슈터 방식을 사용함으로써, 압전소자 12의 크기가 헤드의 크기가 되어, 압전소자 12의 소형화가 직접적으로 헤드의 소형화를 야기하므로 헤드의 소형화를 꾀하기 쉽다.
게다가 이러한 압전소자 12, 베이스 부재 13 및 FPC15 등으로 구성되는 액츄에이터 부의 외주 측에는, 에폭시 수지 또는 폴리페닐렌 설페이트로 사출 성형하여 형성된 프레임 부재 17가 접합되어 있다.
그리고, 이 프레임 부재 17에는 전술한 공통액체 챔버10을 형성함과 함께, 이 공통 액체 챔버 10에 외부로부터 기록 액체를 공급하기 위한 공급구 19를 형성하며, 상기 공급구 19는 또한 미도시된 서브 챔버 또는 기록 액체 카트리지 등의 기록 액체 공급원에 접속된다.
여기서, 예를 들면 상기 유로 판 1은 결정면 방위(110)의 단결정 실리콘 기판을 수산화칼륨 수용액(KOH)과 같은 알카리 에칭 액을 이용해 이방성 에칭하는 것으로, 통신로 5, 가압액체챔버 6이 되는 관통-홀, 유체 저항 부 7, 통신부 8을 각각 포함하는 디치(ditches)를 형성하고 있다.
노즐판 2는 니켈(Ni)의 금속 평판으로부터 형성되며, 전기 주조법으로 제조된다. 상기 노즐판 2에는 각 가압 챔버 6에 대응하여 직경 10~35마이크로미터를 갖는 노즐 4가 형성되며, 유로 판 1에 부착 결합하고 있다.
그런 다음, 후술하는 다른 발수 처리에 의해 형성된 두 종류의 발수층이 액체 방울 토출면(토출 방향의 표면 : 토출 표면 또는 액체 잉크 6에 대한 반대측 면)에 형성된다.
진동판 3은 니켈(Ni)의 금속 평판으로부터 형성되며, 전기 주조법으로 제조된다. 상기 진동판 3에서 가압액체 챔버 6에 대응하는 부분은 변형을 용이하도록 하는 얇은 부분이며, 중앙부에는 압전소자 12에 연결되기 위한 (미도시의) 연결부를 마련하고 있다.
압전소자 12는, 적층형 압전소자 부재를 베이스 부재 13의 접합 한 후, 주사위형 절단(dicing-saw, 다이싱-소) 등에 의해 디칭 공정을 제공하여 분할하여 형성된다. 도 3의 바이-피치 구조를 갖는 지주부 12 A는 디칭 공정(ditching process)에 의해 형성되는 압전소자 부재이지만, 구동 전압을 인가하지 않기 때문에 단순한 지지 기능만을 한다.
상기와 같이 구성된 액체 방울 토출 헤드에서, 예를 들면, 상기 진동 판 3은 상기 헤드가 밀고 타격하는 방법(pushing and beating method)으로 구동될 때 제어부(미도시)로부터 기록된 이미지와 상응하는 2-50 볼트의 구동 펄스 전압을 다중 압전 소자 12에 선택적으로 인가함으로써, 적용된압전 소자 12를 펄스 전압으로 변환시킴으로써 노즐 판 2의 방향으로 변형되고, 액체 챔버 6 내의 부피 변화로 인해 액체 챔버 6 내의 액체가 가압됨으로써 노즐 판 2의 노즐 4로부터 액체 방울이 분사된다. 그런 다음, 액체 챔버 6 내의 압력이 액체 방울 토출에 상응하여 감소되고, 이때의 액체 흐름의 관성에 의해 액체 챔버 6 내에서 약간의 감압이 발생한다. 이러한 환경 하에서, 보다 특별하게는, 진동판 3을 원래의 위치로 돌려놓기 위하여 감압이 일어나고, 상기 액체 챔버 3은 압전소자 12에 전압 인가를 오프 상태로 만듦으로써 원래의 모양이 된다. 이때, 기록 액체가 일반 액체 챔버 10으로부터 액체 챔버 6으로 채워지고, 그런 다음 다음 구동 펄스에 상응하여 노즐 4로부터 액체 방울을 분사한다.
또한, 상기 액체 방울 토출 헤드는 밀고 타격하는 방법(pushing and beating method) 뿐 아니라. 당기고 타격하는 방법(pulling and beating method)(당겨진 상태에서는 진동 판3이 열려 있고, 복원력에 의해 가압하는 방법) 및 당기고 미는 방법(pulling and pushing method)(진동 플레이트를 중간 지점에 고정시킨 후, 그 지점으로부터 당긴 후 미는 방법) 및 기타 방법들에 의해 구동될 수 있다.
다음으로, 상기 액체 방울 토출 헤드에 있어서, 노즐 형성 부재로서 노즐 판2는 도 5 및 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 노즐 판 2의 설계도이고, 도 6은 도 5의 A-A 라인을 따라 절개한 단면도이다.
제 1 발수 공정에 의해 형성된 제1 발수층 41은 노즐 판2의 표면의 노즐 4를 형성하는 노즐 형성부 31의 표면 위에 형성되고, 상기 제1발수 공정과 다른 제2 발수 공정에 의해 형성된 제2발수층 42는 노즐 판의 외주 부의 표면(표면의 외부의 일부) 위에 형성된다. 상기 노즐 형성부는 노즐 판내의 노즐을 포함하는 부분을 의미하며, 노즐 판 표면의 외부 모서리 부분(외주 부)을 제외한 부분을 지칭하는 용어로 사용된다. 또한, 제1발수 공정 및 제2발수 공정에는 각각 다른 물질들이 사용된다.
노즐 판 2의 외주 부(표면의 외부의 일부) 32는 노즐 판 2의 표면을 클리닝 와이퍼(cleaning wiper)로 청소(와이핑)할 때, 클리닝 와이퍼로 닦아내는 끝 부분이다. 이 부근에는 청소된 잉크 및 그 찌꺼기들이 축적되기 쉽다. 축적된 잉크는 종이를 오염시키기 때문에, 대응책으로 노즐 형성 부재의 외주 부부에 발수 공정이 제공된다.
따라서 본 실시예에서 제2 발수층 42는 노즐 판 2의 외주 부 32의 전 영역 위에 형성되지만, 상기 제2 발수층 42는 도 7에 도시된 바와 같이, 노즐 판 2의 외주 부의 와이핑이 시작되는 지점 및 와이핑 방향의 와이프가 끝나는 지점에만 형성될 수도 있다.
따라서, 기록 액체가 배지 않도록 하는 상기 발수 공정은 노즐을 형성하는 노즐 형성 부재의 표면에 제공되고, 다른 발수 공정이 노즐 형성 부재의 외주 부 및 노즐 형성부에 제공된다. 그에 따라, 구성을 덜 요하는 상기 외주 부에 대한 발수 공정은 단순한 공정으로 할 수 있고, 저렴한 비용의 헤드를 설계할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 제2실시예를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 액체 방울 토출 헤드의 제2 실시예를 보여주는 단면도이다.
여기서, 제2발수 공정으로 노즐 판2의 모서리 부분 2a를 보호하기 위한 보호 수단으로 발수성을 갖는 수지 조성물을 포함하는 제2발수층 42이 노즐 판 2의 외주 부 32 위에 코팅되어 있다. 또한, 제1발수 공정으로 제1 발수층 41이 제1실시예와 동일하게 노즐 판 2의 노즐 형성부 31의 표면 위에 형성되어 있다.
이와 같은 노즐 형성 부재의 모서리 부분의 보호 방법은 일반적인 방법이고, 노즐 형성 부재가 종이 모서리와 접촉함으로써 발생하는 벗겨짐을 방지할 수 있다. 이 경우, 일반적으로, 상기 노즐 형성 부재의 표면에 대한 발수 공정은 노즐 내부 벽으로 발수제가 들어가는 것을 방지하기 위해 물질 및 공정에 제한을 가지고 있다. 그러나, 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부의 표면에 대한 발수 공정과 비교할 때, 다른 공정을 제공함으로써, 외주 부에 대하여는 물질, 점도 및 공정 방법을 고려하지 않고 자유롭게 선택할 수 있다.
예를 들면, 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부의 표면에 대한 발수 공정은 얇은 층으로 형성될 것이 요구되기 때문에, 일반적으로 낮은 점도를 갖는 물질들이 사용된다. 이 때문에, 종래에는, 노즐 형성 부재의 외주 부 위에 수지로 이루어진 보호제를 코팅한 후에, 노즐 형성부의 표면이 낮은 점도를 갖는 발수제로 코팅되었다. 반면, 상기 실시예처럼 외주 부과 노즐 형성부에 제공되는 발수 공정이 다르면, 발수성과 함께 높은 점도를 갖는 수지 물질을 외주 부에 직접적으로 코팅하는 것이 가능하다.
거시적인 스케일에서 공정의 단축이 계획될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 제3실시예를 도9를 참조하여 설명한다. 도 9는 액체 방울 토출 헤드의 제3실시예를 보여주는 단면도이다.
여기에서, 노즐 판2 및 헤드 측면의 외주 부 32를 보호하는 노즐 커버 51이 헤드 위에 놓여지고, 제2발수 공정에 의해 형성된 발수층 42가 노즐 커버 51의 적어도 종이 측면과 반대 방향인 표면 부분 51a 위에 형성된다. 이렇게 함으로써, 노즐 형성 부 31의 표면의 제1발수층 41과 다른 제2발수 층 42가 노즐 판2의 외주 부 위에 형성된다. 이 경우에, 노즐 판2의 표면 처리를 단순화하기 위해, 제1발수층은 노즐 판2의 노즐 커버 51에 의해 덮히는 외부 모서리 부분을 포함하는 모든 표면에 형성된다.
상기한 바와 같이, 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부의 표면에 대한 발수 공정은 노즐 내벽의 보호와 같은 제한과 복잡한 코팅 공정을 가지고 있다. 그러나, 노즐 커버의 발수 공정은 이러한 제한을 가지고 있지 않다. 예를 들면, 단지 빨리 건조되는 물질을 선택함으로써, 담그고(DIPPING) 건조시킴으로써 노즐 커버 위에 발수제를 코팅하는 것이 가능하다. 거시적인 스케일에서 공정 단축이 계획될 수 있다. 도 51에서 제2발수층 42는 노즐 커버 51 위만을 의미하며, 담금(DIPPING)에 의해 노즐 커버 5 위에 제2발수층 42가 형성될 때, 제2 발수층 42는 외부 및 내부의 모든 표면에 형성된다.
이 실시예에서 명확해지는 것과 같이, 노즐 형성 부재의 노즐 형성부와 외주 부에 다른 발수 공정을 제공하도록 하는 것에 의해, 물질 및 공정의 자유로운 선택이 증가하고, 고품질을 갖는 헤드 및 저렴한 생산 비용을 얻을 수 있다.
다음으로, 제1발수층 및 제2발수층의 발수성을 도 10-12를 참조하고, 제3실시예를 이용하여 설명하기로 한다. 도 10은 노즐 표면을 닦는 다이아그램이다. 도 11 및 12는 도 10의 B부분의 확대도이다.
제1발수층 41과 제2발수층 42를 비교하여 보면, 노즐판 2의 외주 부(여기서는 노즐 커버 51)의 제2발수층의 발수성은 노즐판 2의 노즐 형성 부 31의 제1발수층의 발수성보다 높다.
즉, 노즐 형성 부 31의 표면(제1발수층)의 발수성이 노즐 판2의 외주 부의 제2발수층 42의 발수성보다 높을 경우에, 노즐 표면이 와이퍼 61에 의해 닦일 때(청소될 때), 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 헤드의 외주 부 위에 부분적으로 청소되고 남아있는 잉크(잔여 잉크 42)가 생길 수 있다는 가능성이 있다. 청소되고 남은 잉크로 인해 이 지점에 축적된 잉크는 용지면과 부딪힐 수 있고, 결과적으로, 인쇄 질의 저하를 가져온다.
반면, 노즐 판2의 외주 부의 발수성이 노즐 형성 부 31의 발수성보다 높을 때에는 잉크가 발수 공정의 경계 지역에 남게되고, 노즐 판2의 외주 부가 오염되는 것이 감소한다. 일반적으로, 실시예 2 및 3에서 설명한 바와 같이, 노즐 판2의 외주 부가 노즐 판2 자체 표면보다 높은 많은 경우에, 외주 부 위가 아닌, 노즐 형성부 31의 표면의 모서리에 남아 있는 잉크는 종이 면과 부딪히지 않으며, 인쇄 품질의 저하를 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 제 4실시예를 도 13 및 14를 참조하여 설명한다. 도 13은 상기 헤드의 단면도이다. 도 14는 도 13의 C 부분의 확대도이다.
여기서, 상기 제2발수층 42는 상기한 바와 같이 담금(DIPPING)으로 노즐 커버 51 위에 제2발수층을 형성하였으므로, 외부 및 내부의 모든 표면에 제2발수층 42가 형성된다. 노즐 커버 51의 내부 측면(반대쪽) 위에 발수 공정을 제공함으로써, 잔여 잉크는 노즐 형성부 및 노즐 커버 51의 경계 지역에 남게 되고, 헤드 클리닝에 의해 청소된 잉크는 도 14에 도시된 바와 같이 노즐 커버의 내부로 들어가지 못한다. 이 때문에, 노즐 커버 51의 안쪽에 잉크 저항성을 갖지 않는 공정이 수행된다 할지라도, 잉크가 투과되지 못하기 때문에, 헤드에 대한 신뢰도를 잃지 않는다. 즉, 노즐 커버 51의 외부 면 위에 제2발수층을 형성하는 것만을 보여주는 도 12의 실시예에서는 상기 도면에 도시된 바와 같이, 노즐 커버 51의 내부로 잉크가 침투할 가능성이 있으나, 이 실시예에서는 잉크가 노즐 커버 51의 내부로 침투하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
구체적으로는, 공통 액체 챔버 10 내의 액체을 억제하기 위해서, 진동판 2에 진동 71을 제어하는 물질(이 물질은 저분자 수지이기 때문에, 일반적으로 잉크에 용출되어 버린다)을 적용할 수 있다.
다음으로 상기 각 실시에서 사용되는 발수 처리(잉크-억제 처리)의 예에 대해 설명한다. 발수 처리 공정에는 Ni-PTFE 증착 도금이나, 불소계 수지, 실리콘계 수지의 코팅, 증착 막 과 같은 다양한 종류가 있다. 그러나, 고 점도를 갖는 잉크및 고 발색성을 갖는 플루오르 계열을 포함하는 잉크에 대항하여 잉크-억제성 지키기 위해서는 실리콘 계열 또는 플루오르 계열, 특히 플루오르 함유 비결정 물질을 사용하는 공정을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 실리콘계 수지 재료로서는, 실리콘 수지 KR 시리즈(상품명), 토레 다우코닝 실리콘 사의 SR 시리즈(상품명) 등을 포함한다. 플루오르 비결정질 물질 화합물에는 다이킨 사의 오프툴(상품명), 아사히 유리 사의 사이톱(상품명) 등이 포함된다.
이러한 실리콘계 수지 재료를 이용한 발-잉크 처리는, 노즐판의 노즐 형성 부 표면, 노즐 형성 부재의 외주 부의 어느 표면에도 제공될 수 있다. 일반적으로, 플루오르 계열 계면활성제를 포함하는 점도를 갖는 잉크에 있어서, 플루오르 비결정질 재료 화합물의 발-잉크성이 바람직하기 때문에, 양처리를 병용 하는 경우는 실리콘계 수지는 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부의 표면에 사용되고, 플루오르 비결정질 재료 화합물은 노즐 형성 부재의 표면에 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드를 갖는 본 발명에 따른 액체방울 토출 장치를 포함한 화상 형성 장치의 일실시예 도 15 및 도 16을 참조해 설명한다. 도 15는 화상 형성 장치의 전체 구성을 설명하는 측면도이다. 도 16은 상기 장치의 주요부를 설명하는 평면도이다.
상기 화상 형성 장치는 좌,우 측판(미도시) 위에 놓여지고, 주 주사 방향으로 캐리지 103을 자유롭게 왕복하는 가이드 부재인 가이드 로드 101 및 가이드 레일 102를 가지고 있으며, 주 주사 모터 104로 구동 풀리 106A와 수동 풀리 106B 사이에 걸쳐진 타이밍 벨트 105를 통해 화살표 방향(주주사방향)으로 이동 및 주사한다.
본 발명의 기록액의 각각의 색깔의 액체 방울(잉크 방울)(예를 들면, 검정(k), 남색(C), 홍색(M) 및 노란색(Y))을 토출하는 본 발명의 4개의 독립적인 기체 방울 토출 헤드 107k, 107c, 107m, 107y를 포함하는 기록 헤드 107를 주 주사 방향으로 배치하고, 액체 방울 토출 방향이 캐리지 103 상에서 아래 방향을 향하도록 한다. 여기서, 독립적인 액체 방울 토출 헤드가 사용되지만, 각각의 컬리 잉크 용액을 토출하기 위한 다중 노즐 열을 갖는 하나 또는 둘 이상의 헤드가 또한 사용될 수 있다. 또한, 컬러의 숫자 및 배치 순서는 제한되지 않는다.
캐리지 103에는 기록 헤드 107에 각 색의 잉크를 공급하기 위한 각 색의 서브 챔버 108이 탑재되어 있다. 서브 챔버 108에는 잉크 공급 튜브 109를 통해 메인 챔버(잉크 카트리지)(미도시)로부터 잉크가 보충 공급된다.
전형적인 이미지 형성 장치에는 또한 용지 공급 트래이 110의 용지 적재부(압판) 111 위에 적재된 피기록 매체(용지)를 공급하기 위한 용지 공급 유닛이 포함된다. 용지 공급 유닛은 용지 시트 112를 분리하고, 용지 적재부 111로부터 용지를 하나씩 하나씩 공급하는 반달 롤러(급지 롤러) 113 및 급지 롤러 113과 마주보고, 마찰 계수가 큰 물질로 만들어진 분리 패드 114를 포함한다. 상기 분리 패드 114는 급지 롤러 113을 향해 치우쳐져 있다.
전형적인 이미지 형성 장치는 또한 용지 공급 유닛으로부터 제공된 용지 시트 112를 기록 헤드 107 아래로 수송하기 위한 수송 유닛를 포함한다.
상기 수송 유닛은 용지 공급 유닛으로부터 공급된 용지 시트 112를 가이드 하는 가이드 115, 정전기적으로 끌어당기고, 그로 인해 용지 시트 112를 수송하는 컨베이어 벨트 121, 컨베이어 벨트 121에 대항하여 용지 시트 112를 누르고, 그로 인해 용지 시트 112를 수송하는 카운터 롤러 122, 컨베이어 벨트 121 위에 용지 시트 112를 놓을 수 있도록 공급된 용지 시트 112의 방향을 약 90도로 위쪽으로 수직하게 변화시키는 수송 가이드 123, 가압부 124 및 가압 롤러 125A 및 컨베이어 벨트 121을 향해 가압부 124를 가압함으로써 편향된 팁 가압 롤러 125B 를 포함한다. 전형적인 이미지 형성 장치는 또한 컨베이어 벨트 121의 표면을 대전하기 위한대전 롤러 126을 포함한다.
컨베이어 벨트 121은 무단상 벨트이며, 수송 롤러 127과 텐션 롤러 128과의 사이에 펼쳐져 있다. 상기 컨베이어 벨트 121은 수송 롤러 127이 서브 주사 모터 131가 타이밍 벨트 132 및 타이밍 롤러 133을 통해 회전됨으로써 용지 수송 방향(부 주사 방향)으로 회전한다. 기록 헤드 107의 이미지 형성 영역과 관련된 위치에서 컨베이어 벨트 121 아래로 가이드 29가 제공된다.
대전 롤러 126은 컨베이어 벨트 121의 표면에 접촉하고, 컨베이어 벨트 121의 회전에 따라 회전하도록 배치되며 가압력으로서 축의 양단에 각 2.5 N를 걸치고 있다.
전형적인 이미지 형성 장치에는 기록 헤드 107에 의해 이미지가 형성된 용지 시트를 배출하기 위한 배출 유닛을 더 포함한다. 상기 용지 배출 유닛은 컨베이어 벨트 121로부터 용지 시트 112를 분리하기 위한 시트 분리부, 용지 배출 롤러 152, 용지 배출 롤러 153 및 배출되는 용지 시트 112를 받기 위한 배출 배지 트레이 154를 포함한다.
전형적인 이미지 형성 장치의 뒤쪽에는 양면 급지 유닛 155가 착탈 가능하도록 장착된다. 상기 양면 급지 유닛 155는 수송 벨트 121의 역방향 회전으로 되돌려지는 용지 시트 112를 넣고 반전시키고, 카운터 롤러 122와 수송 벨트 121 사이의 공간으로 다시 급지 한다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 캐리지 103의 오른 쪽의 비인쇄 영역에는 기록 헤드 107의 노즐 상태를 관리/청소 기구 156을 배치하고 있다. 상기 기록 헤드 관리/청소 기구 156은 기록 헤드 107의 노즐을 관리하고 청소한다.
기록 헤드 관리/청소 기구 156은 기록 헤드 107의 각 노즐 면을 커버링하기 위한 캡 157, 노즐 면을 닦아내기 위한 와이퍼 블레이드 158 및 노즐로부터 말라붙은 잉크를 제거하기 위해 사용되는 잉크 방울들을 받아내는 폐-잉크 받개 159를 포함한다.
다음으로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드로부터 액체 방울을 토출함으로써 기록 매체(용지 시트)에 기록을 하는 본 발명의 기록 방법에서 사용되는 기록 액체로서의 잉크에 대해 설명한다. 본 발명의 기록 방법에서 사용하는 잉크는, 적어도 물, 착색제, 및 습윤제를 함유하며, 또한 잉크는 침투제, 계면활성제 및 필요에 따라 그 외의 성분을 함유한다.
본 발명의 실시예에 의해 잉크의 표면 장력은 섭씨 25도에서 약 15~40 mN/m인 것이 바라직하며, 20~35 mN/m인 것이 보다 바람직하다. 잉크의 표면장력이 15mN/m 미만일 때 잉크에 대한 노즐 판의 습윤도가 너무 높게 된다. 그 결과, 잉크 방울이 정상적으로 형성되지 않고, 이러한 실시예에서 기록 매체 위로 흐름 현상이 발생하며, 잉크의 분사 안정성이 떨어질 수 있다. 잉크의 표면 장력이 40mN/m 를 초과하면, 잉크의 침투 능력이 감소하고, 비딩이 발생하고, 건조 시간이 너무 길어진다.
잉크의 표면장력은, 예를 들면, 표면장력 측정 장치(예를 들면, 쿄와 계면 과학 주식회사 제품, CB VP－Z)를 이용해 백금 평판을 사용해 섭씨 25℃의 온도에서 측정할 수 있다.
또한, 잉크의 색 재료로는 안료 또는 염료를 사용할 수 있으며, 보다 특별하게는 이들을 혼합하여 색 재료로 사용할 수 있다.
〔안료〕
안료로서는, 이하에 기재된 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이들 안료는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 하기의 유기 안료를 사용할 수 있다: 아조 계열, 프로타로시아닌계열, 안타라퀴논 계열, 퀴나크리돈 계열, 디옥사진 계열, 인디고 계열, 티오인디고 계열, 페릴렌(perylene) 계열, 이소인돌리논 계열, 아닐린 블랙, 아조메틴 계열, 로다민 B 레이크(rhodamine B lake) 안료 및 카본 블랙.
또한 하기의 무기 안료를 사용할 수도 있다 : 산화 철, 산화티탄, 탄산칼슘, 황산 바륨, 수산화알루미늄, 바륨 엘로우, 아이론 블루, 카드뮴 레드, 크롬 엘로우 및 금속 가루.
이러한 안료 입자 지름은 0.01~0.30㎛인 것이 바람직하다. 입자 지름이 0.01㎛ 미만에서는 입자 지름이 염료에 가까워진다. 이러한 안료들은 낮은 내광성을 제공하며, 뭉침이 유발된다. 안료 입자의 지름이 0.30㎛을 초과하면, 안료 입자들이 프린터 내의 젯 노즐 또는 필터를 막을 수 있고, 분사 안정성이 감소한다. 막힘 및 분사 안정성이라는 관점에서는 안료 입자의 지름은 0.01 내지 0.16㎛인 것이 바람직하다.
블랙 안료 잉크에 사용되는 카본 블랙은 용광로법, 채널 법으로 제조되며, 일차 입경 15~40밀리미크론, BET법에 비표면적 50~ 300 m2/g, DBP 흡유량40~150 ml／100 g, 휘발분이 0·5~10% 및 pH 2~9를 갖는다. 예를 들어, 하기의 카본 블랙 안료가 사용될 수 있다 :
No. 2300, No. 900, MCF-88, No.33, No.40, No.45, No.52, MA7, MA8, MAlOO, No.2200 B(미츠비시 화학사); Raven 700, Raven 5750, Raven 5250, Raven 5000, Raven 3500, Raven 1255(콜롬비아 화학 회사); Regal 400R, Regal 330R, Regal 660R, MogulL, Monarch 700, Monarch 800, Monarch 880, Monarch 900, Monarch 1000, Monarch 1100, Monarch 1300, Monarch 1400(캐보트 사); 컬러 블랙 FWl, 컬러 블랙 FW2, 컬러 블랙 FW2V, 컬러 블랙 FW18, 컬러 블랙 FW200, 컬러 블랙 S150, 컬러 블랙 S160, 컬러 블랙 S170, 프린텍스 35, 프린텍스 U, 프린텍스 V, 프린텍스 140∪, 프린텍스 140V, 스페셜 블랙 6, 스페셜 블랙 5, 스페셜 블랙4 A 및 스페셜 블랙 4(데구싸 사).
안료의 구체적인 예를 이하에 든다.
하기의 유기 안료가 사용될 수 있다 : 아조 계열, 프탈로시아닌 계열, 안트라퀴논 계열, 퀴나크리돈 계열, 디옥사진 계열, 인디고 계열, 티오인디고 계열, 페릴렌 계열, 이소인졸리논 계열, 아닐린 블랙, 아조메틴 계열, 로다민 B 레이크 안료, 카본 블랙.
또한 하기의 무기 안료를 사용할 수도 있다 : 산화 철, 산화티탄, 탄산칼슘, 황산 바륨, 수산화 알루미늄, 바륨 엘로우, 아이론 블루, 카드뮴 레드, 크롬 노랑 및 금속 가루.
각 색깔에 대한 안료의 예를 이하에 기재하였다.
다음 안료는 노랑 잉크에 사용될 수 있다:
CI 안료 노랑 1, 2, 3, 12, 13, 14, 16, 17, 73, 74, 75, 83, 93, 95, 97, 98, 114, 128, 129, 151 및 154
다음 안료는 진홍색 잉크에 사용될 수 있다:
CI 안료 레드 5, 7, 12, 48, (Ca), 48 (Mn), 57, (Ca), 57:1, 112, 123, 168, 184 및202.
다음 안료는 남색 잉크로 사용될 수 있다:
CI 안료 블루 1, 2, 3, 15:3, 15:34, 16 및 22; 및 CI 배트 블루 4 및 60
본 발명을 위해 새롭게 제조된 안료 역시 각 색깔 잉크로 사용할 수 있다.
잉크젯 기록 액체는 폴리머 분산제 또는 계면활성제를 사용하여 상기 안료 중 하나를 수성 매체에 분사시킴으로써 제조된다. 유기 안료 가루를 분산시키기 위한 분산제로서, 수용성 수지 또는 물-분산성 계면 활성제가 사용된다.
수용성 수지로서, 스티렌, 스티렌 유도체, α,β-에틸렌 불포화 카르복시산의 지방족 알콜 에스테르, 아크릴 산, 아크릴 산 유도테, 말레산, 말레산 유도테, 이타콘산, 이타콘산 유도체, 퓨마레이트 및 퓨마레이트 유도체를 포하하는 그룹으로부터 선택된 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 및 둘 이상의 단량체로 만들어진 염이 사용될 수 있다. 상기 수용성 수지는 베이스의 수용액 내에 용해 가능한 알카리-용해성 수지이다.
중량 평균 분자량 3000~20000을 갖는 수용성 수지는 쉽게 분산되며, 낮은 점도를 갖는 분산성 액체를 제공할 수 있으며, 그 결과 특히 잉크젯 기록 액체로 특히 바람직하다.
또한, 폴리머 분산제 및 자기-분산 안료의 조합은 적당한 도트 지름을 갖도록 하므로 바람직하다. 이러한 조합이 바람직한 결과를 가져오는 가능한 이유가 명확하지는 않지만 하기에 기재되어 있다.
잉크 내의 폴리머 분산제를 혼합하는 것은 잉크의 침투 능력을 억압한다. 또한, 폴리머 분산제를 혼합하는 것은 자기 분산 형태의 응집을 방지하고, 자기 분산 안료가 횡방향으로 순조롭게 펴쳐지도록 도와준다. 그 결과, 잉크 도트는 얇고 넓게 된다. 이러한 특성을 갖는 잉크는 바람직한 도트의 형성을 가능하게 한다.
수용성 계면활성제로는, 다음 물질들이 사용될 수 있다:
고급 지방산 염, 알킬 설페이트, 알킬 에테르 설페이트, 알킬 에테르 설페이트, 알킬 아릴에테르 설페이트, 알킬 술포네이트, 술포숙신네이트, 알킬 알릴 및 알킬 나프탈렌 술폰네이트, 알킬 포스페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 포스페이트 에스테르 염, 알킬 알릴 에테르 포스페이트와 같은 음이온성 계면활성제;
알킬 아민 염, 디알킬 아민 염, 테트라알킬 암모늄 염, 벤즈알코늄 염, 알킬 피리디늄 염, 이미다졸린늄 염과 같은 양이온성 계면 활성제.
또한, 양친성 계면활성제로, 다음 물질들이 사용될 수 있다: 디메틸 알킬 라우릴 베타인, 알킬 글리신, 알킬디(아미노 에틸) 글리신, 이미다졸린늄 베타인과 같은 양친성 계면 활성제;
폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아알릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌글리콜, 글리세린 에스테르, 소르비탄 에스테르, 슈크로오즈 에스테르, 글리세린 에스테르의 폴리옥시에틸렌 에테르, 소르비탄 에스테르의 폴리옥시 에틸렌 에테르, 소르비톨 에스테르의 폴리옥시 에틸렌 에테르, 지방산 알칸올 아미드, 폴리옥시 에틸렌 지방산 아미드, 아민 옥시드, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아민과 같은 비이온성 계면 활성제.
안료는 친수성 기를 가지는 수지로 코팅함으로써, 마이크로 캡슐화될 수 있다. 마이크로 캡슐화는 안료 분산성을 부여한다.
물-불용성의 안료를 유기 폴리머로 코팅하고, 그에 의해 물-불용성 안료를 마이크로 캡슐화하는 방법으로서는, 종래 공지의 모든 방법을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 종래 공지의 방법으로는 화학적 제법, 물리적 제법, 물리화학적 방법, 기계 목표 제법 등을 들 수 있다.
예를 들면, 다음 방법들이 사용될 수 있다 : 계면 중합 법, In-situ 중합 법, 액상 경화 코팅법, 코아세르베이션(상 분리) 법, 액상 건조법, 융해 분산 냉각법, 기상 현탁 피복 법, 스프레이 건조법, 산석법(Acidification), 전상 유화 법(Phase inversion emulsification) 등을 들 수가 있다.
계면 중합법(Interface polymerization) : 2종의 단량체 혹은 2종의 반응물을, 분산상과 연속상에 각각 용해시키고, 양자의 계면에서 양 물질을 반응시켜 벽 막(wall membrane)을 형성시키는 방법이다.
In－Situ 중합법 : 액체 또는 기체의 단량체와 촉매, 혹은 반응 성의 물질 2종을 연속 상 쪽 또는 핵 입자 옆의 쪽으로부터 제공하고, 서로 반응이 일어나도록 하여 벽막을 형성시키는 방법이다.
액상 경화 피막 법 : 심지 물질 입자를 포함한 폴리머 용액의 방울을 경화 제등에 의해, 액 중에서 불용화시켜 벽막을 형성하는 방법이다.
코아세르베이션(상 분리) 법 : 심지 물질 입자를 분산하고 있는 폴리머 분산 액을, 폴리머 농도의 높은 코아세르베이트(농후상)와 희박상로 분리시켜 벽막을 형성시키는 방법이다. 액중 건조 법 : 심지 물질을 벽막 물질의 용액에 분산한 액을 조제해, 이 분산액의 연속상이 혼화하지 않는 액중에 분산액을 넣어, 복합 에멀젼을 형성하고, 그런 다음 벽막 물질이 용해되어 있는 매체를 서서히 제거하으로써 벽막을 형성시키는 방법이다.
융해 분산 냉각법: 가열하면 액상에 용해되어 상온에서는 고체화하는 벽막 물질을 가열하여 액화한 후, 그 중에 심지 물질 입자를 분산 시켜, 그것을 미세한 입자로 바뀌면 냉각해 벽막을 형성시키는 방법이다.
기상 현탁 피복법 : 심지 물질 입자 가루를 유체 베드를 이용하여 공기 중에 현탁시키고, 그런 다음 벽막 물질로 사용되는 코팅 액이 공기 중에 분무하여 벽막을 형성한다.
스프레이 건조법 : 캡슐화 원액을 분무해 이것을 열풍과 접촉시켜, 휘발분을 증발 건조시키고 벽막을 형성시키는 방법이다. 산석법: 음이온성기를 함유하는 유기 폴리머 화합물류의 음이온성기의 적어도 일부를 염기성 화합물로 중화하는 것으로 물에 대한 용해성을 부여해 색 재료와 함께 수성 매체 안으로 혼련한 후, 산성화합물로 중성 또는 산성으로 해 유기 화합물류를 석출 시키고 색 재료에 고착하게 한 후에 중화해 분산 시키는 방법이다.
전상 유화 법이란, 물에 대해서 분산력을 가지는 음이온성 유기 폴리머류와 색 재료를 함유하는 혼합물으로 만들어진 유기용매상에 물을 투입하거나 또는 유기 용매 상을 물에 투입한다.
마이크로 캡슐의 벽막에 사용되는 물질로, 다음 유기 폴리머(수지)를 사용할 수 있다 : 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리우레아, 에폭시수지, 폴리카보네이트(polycarbonate), 우레아 수지, 멜라민수지, 페놀 수지, 다당류, 젤라틴, 아라비아 고무, 덱스트란, 카세인, 단백질, 천연 고무, 카르복시폴리메틸렌, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리 염화 비닐리덴, 셀루로오즈, 에틸 셀루로오즈, 메틸 셀루로오즈, 니트로 셀룰로오즈, 하이드록시에틸 셀룰로오즈, 셀룰로오즈 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, (메타) 아크릴산의 중합체 또는 공중합체, (메타) 아크릴산 에스테르의 중합체 또 공중합체, (메타)아크릴산-(메타) 아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-(메타) 아크릴산 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 알긴산 소다, 지방산, 파라핀, 밀랍, 물 왁스, 경화 우지, 카르나우바 왁스 및 알부민.
상기 유기 폴리머 중에서 카르복시기 또는 설폰산 기와 같은 음이온성기를 가지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 상기 물질들의 (공)중합체와 같은 음이온성 유기 폴리머 및 2-옥사졸린과 같은 양이온성 링- 개방 폴리머를 사용할 수 있다. 완전히 비누화된 폴리비닐 알콜은 수용성이 낮고(뜨거운 물에는 쉽게 녹으나, 차가운 물에는 녹지 않음), 그 결과 특히 바람직하다.
또, 마이크로 캡슐의 벽막 물질 내의 유기 폴리머류의 양은 유기 안료 또는 카본 블랙과 같은 물-불용성의 착색제의 1중량%-20중량%인 것이 바람직하다. 안료의 표면을 코팅하는 유기 폴리머의 양을 상기 범위 내로 유지하는 것은 유기 폴리머가 안료 표면을 피복 하는 것에 기인하는 안료의 발색성의 저하를 억제하는 것이 가능하게 해준다.
유기 폴리머의 양이 1중량% 미만에서는 캡슐화의 효과가 불충분하다. 유기 폴리머의 양이 20중량%를 초과하면, 안료의 발색성의 저하가 현저해진다.
만일 다른 특성들을 고려한다면, 폴리머의 양은 물-불용성 착색제의 5-10 중량%인 것이 바람직하다.
상기한 범위 내의 유기 폴리머의 양과 함께, 일부 착색제는 실질적으로 코팅되지 않거나, 실제로 노출되어 있어, 그 결과 착색제의 발색성이 억제되지 않는다. 다른 관점에서 보면, 착색제사 실질적으로 코팅되거나, 노출되지 않으면, 그 결과 충분한 캡슐 효과를 얻을 수 있다. 효과적인 캡슐화를 수행하기 위해서 유기 폴리머의 수 평균 분자량은 2000 이상이 바람직하다.
자기 분산 유기 안료 또는 자기 분산 카본 블랙을 안료로서 사용하는 것은 캡슐 내의 유기 폴리머의 함량이 상대적으로 적은 경우에도 마이크로캡슐화된 안료에 높은 분산성을 제공해준다. 따라서, 잉크에 충분한 보존 안정성을 제공하기 위해서는 착색제로 자기 분산 유기 안료 및 자기 분산 카본 블랙이 바람직하다.
마이크로 캡슐화 방법에 따라, 거기에 적합한 유기 폴리머를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 계면 중합 법에 따르는 경우는, 예를 들면 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 피롤리돈 및 에폭시 수지 등이 적합하다. In－Situ 중합 법에 따르는 경우는, (메타)아크릴산 에스테르의 중합체 또는 공중합체, (메타)아크릴산-(메타) 아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-(메타)아크릴산 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리 염화 비닐리덴 및 폴리아미드 등이 적합하다. 액상 경화 법에 따르는 경우는, 알긴산 소다, 폴리비닐 알코올, 젤라틴, 알부민, 및 에폭시 수지 등이 적합하다. 코아세르베이션법에 따르는 경우는 젤라틴, 셀루로오즈 및 카세인이 적합하다. 미세하고 균일한 마이크로 캡슐화된 안료를 얻기 위해서 다른 마이크로캡슐화 방법이 역시 사용될 수 있다.
전상 유화 법 또는 산석법을 선택하는 경우는 음이온성 유기 폴리머가 사용될 수 있다. 전상 유화 법에서, 자기 분산성 또는 물에 대한 용해성을 가지는 음이온성 유기 폴리머 및 자기-분산 유기 안료 또는 자기 분산 카본 블랙과 같은 착색제의 혼합물; 또는 자기 분산 유기 안료 또는 자기 분산 카본 블랙과 같은 착색제, 경화제 및 음이온성 유기 폴리머들의 혼합물이 유기 용매 상으로 사용될 수 있다. 물을 상기 유기 용매 상에 투입하든지, 또는 유기 용매 상을 물에 투입한다. 유기 용매 상들은 자기 분산되고(전상 유화법), 착색제는 마이크로 캡슐화된다. 상기 전상 유화법에서, 기록 액체 전색제 또는 첨가제를 상기 유기 용매 상에 혼합할 수 있다. 기록 액체에 직접 분산 용액을 제조하기 위해서는 기록 액체 매체를 혼합하는 게 바람직하다.
산석법에서는 음이온성기 함유 유기 폴리머의 음이온성기의 일부 또는 전부를 염기성 화합물로 중화하고; 상기 유기 폴리머를 자기 분산 유기안료 또는 자기 분산 카본 블랙과 같은 착색제와 수성 매체 내에서 혼련하고; 유기 폴리머이 석출되고, 착색제가 고정되도록 산성 화합물을 이용하여 유기 폴리머의 pH를 중화 또는 산화한다. 그런 다음, 그 결과 생성된 수화된 케이크(cake)의 음이온성 기의 일부 또는 전부를 착색제를 마이크로캡슐화하기 위해 염기성 화합물로 중화시킨다. 그 결과, 미세한 마이크로 캡슐화된 음이온 안료를 포함하는 수성 분산 용액을 제조할 수 있게 된다.
상기한 마이크로 캡슐화 시에 이용되는 용제로서는, 다음 물질들이 사용될 수 있다: 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는, 부탄올등과 같은 알킬 알코올류；벤졸, 톨루올 또는 크실렌과 같은 방향족 탄화수소류； 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트 또는 부틸 아세테이트와 같은 에스테르류；클로로포름 또는 이염화 에틸렌과 같은 염소화탄화수소 류；아세톤 또는 메틸 이소부틸 케톤과 같은 케톤류；
테트라하이드로퓨란 또는 디옥산과 같은 에테르; 및 메틸 셀로솔브 또는 부틸 셀로솔브와 같은 셀로솔브류.
상기의 방법에 의해 제조된 마이크로 캡슐을 원심분리 또는 여과 등에 의해 용매로부터 분리한다. 분리된 마이크로캡슐을 물 및 용매와 함께 교반하여 기록 액체를 형성한다. 상기한 방법으로 제조된 캡슐화 안료의 평균 입경은 50 nm~180 nm인 것이 바람직하다.
상기한 수지로 코팅된 이러한 안료는 인쇄 매체위에 견고하게 부착되어, 인쇄물의 내마모성을 형상시킨다.
〔염료〕
기록 액체로 이용되는 염료로서, 색 목록상 산성 염료, 직접성 염료, 염기성 염료, 반응성 염료 및 식용 염료에 분류된 염료 및 내수성이 및 밝기 고정성이 우수한 염료를 사용한다. 이러한 염료들을 복수개 혼합하여 사용하거나, 만일 필요하다면, 안료와 같은 또 다른 색 재료와 함께 혼합하여 사용하여도 된다. 이러한 착색제는, 본 발명의 효과가 저해되지 않는 범위에서 첨가된다.
(a) 산성염료 및 식용 염료로서
C.I. 에시드 엘로우 17, 23, 42, 44, 79 및 142,
C.I. 에시드 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. 에시드 블루 9, 29, 45, 92 및 249
C.I. 에시드 블랙 1, 2, 7, 24, 26 및 94
C.I. 푸드 엘로우 3 및 4
C.I. 푸드 레드 7, 9 및 14, 및
C.I. 푸드 블랙 1 및 2, 등이 사용될 수 있다.
(b) 직접성 염료로는
C.I. 다이렉트 엘로우 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 및
C.I. 다이렉트 블랙 19, 22, 32, 38, 51, 56, 71, 74, 75, 77, 154, 168 및 171, 등이 사용될 수 있다.
(C) 염기성 염료로는
C.I. 베이직 엘로우 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. 베이직 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, 및
C.I. 베이직 블랙 2 및 8 등이 사용될 수 있다.
(d) 반응성 염료로는
C.I. 리액티브 블랙 3, 4, 7, 11, 12, 및 17,
C.I. 리액티브 엘로우 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, 및
C.I. 리액티브 블루 1, 2, 7, 14, 15, 23, 32, 35, 38, 41, 63, 80, 및 95 등이 사용될 수 있다.
〔염료와 안료 공통의 첨가제 및 물성〕
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 사용하는 기록 액체에 원하는 물성을 제공하기 위해, 또는 기록액의 건조에 의해 기록 헤드의 노즐에 먼지가 끼는 것을 방지하기 위해, 색 재료뿐 아니라 수용성 유기용매를 사용하는 것이 바람직하다. 수용성 유기용매에는 습윤제 또는 침투제가 포함될 수 있다. 상기 습윤제는 기록액의 건조에 의해 기록 헤드의 노즐 내에 먼지가 끼는 것을 방지하기 위해 첨가된다.
습윤제의 특정한 예로는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 1,3－부탄디올, 1, 3－프로판디올, 2-메틸-1,3－프로판디올, 1, 4－부탄디올, 1, 5－펜탄디올, 1,6－헥산디올, 글리세린, 1, 2, 6－헥산트리올, 2－에틸-1,3－헥산디올, 1, 2, 4－부탄 트리올, 1,2,3－부탄 트리올 및 페트리올과 같은 다가 알코올; 에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 모노에틸에텔와 같은 다가알코올 알킬 에테르; 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르 및 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르와 같은 다가알코올 아릴 에테르；
N－메틸-2－피롤리돈, N －히드록시에틸-2－피롤리돈, 2－피롤리돈, 1,3－디메틸이미다졸리디논, 및 ε-카프로락탐과 같은 질소 함유 헤테로사이클 화합물;
포름아미드, N－메틸포름아미드 및 N, N－디메틸포름아미드와 같은 아미드;
모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 및 트리에틸아민과 같은 아민류;
디메틸 술폭사이드, 술포란 및 티오디에탄올과 같은 황 함유 화합물류;
프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 및γ－부티로락톤을 들 수 있다.이러한 용매는 단독으로 또는 물과 혼합하여 사용된다.
또한, 상기 침투제는 피기록물질의 기록액에 대한 젖는 성질을 향상시켜, 침투 속도를 조절하기 위해 첨가된다. 침투제로서, 하기 식 (I)-(IV)로 나타나는 침투제가 바람직하다. 즉, 하기 식(I)의 폴리옥시 에틸렌 알킬 페닐 에테르 계 계면활성제, 식(II)의 아세틸렌 글리콜계 계면활성제, 하기 식(III)의 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르계 계면활성제 및 식(lV)의 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌 알킬 에테르계 계면활성제는 액체의 표면장력을 저하시키고, 젖는 성질을 향상시켜, 침투 속도를 높일 수가 있다.
Figure 112007050520216-pct00001
(R은 6~14 개의 탄소 원자를 갖는 탄화 수소 사슬이며, 가지형일 수 있고, k는 5-20임)
Figure 112007050520216-pct00002
(각각의 m 및 n은 0-40임)
Figure 112007050520216-pct00003
(R은 6~14 개의 탄소 원자를 갖는 탄화 수소 사슬이며, 가지형일 수 있고, k는 5-20임)
Figure 112007050520216-pct00004
(R은 6~14 개의 탄소 원자를 갖는 탄화 수소 사슬이며, 각각의 m 및 n은 20이하임)
식 (I) -(IV)의 화합물 이외에, 예를 들면
디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 모노알릴에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에티르, 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 및 테트라에틸렌 글리콜 클로로페닐 에테르와 같은 다가알코올의 알킬 및 아릴 에테르; 폴리옥시에틸렌 폴리옥시 프로필렌 블록공중합체과 같은 비이온계 계면활성제, 플루오르 함유 계면활성제 및 에탄올, 2－프로판올과 같은 저급 알코올류을 사용할 수 있으며, 특히 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르가 바람직하다..
다만, 목적에 따라 임의의 계면활성제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 음이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양성 계면활성제, 플루오르계 계면활성제 등이 사용될 수 있다.
음이온성 계면활성제의 예에는 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르 아세테이트, 도데실벤젠술포네이트, 라우릴레이트 및 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르 술포네이트의 염이 포함된다.
비이온계 계면활성제의 예에는 아세틸렌 글리콜계 계면활성제, 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르 및 폴리옥시 에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르가 포함된다.
아세틸렌 글리콜계 계면활성제의 예에는 2, 4, 7, 9-테트라메틸-5－데신-4, 7－디올, 3, 6-디메틸-4－옥틴-3,6－디올, 3,5－디메틸-1－헥신-3－올이 포함된다. 예를 들면, 시판되는 다음의 아세틸렌 글리콜계 계면활성제를 이용할 수 있다: Surfynol 104, 82, 465, 485, TG (Air Product and Chemicals, Inc.).
양성 계면활성제의 예에는 라우릴 아미노 프로피오네이트, 라우릴 디메틸 베타인, 스테아릴 디메틸 베타인 및 라우릴 디히드록시에틸 베타인이 포함된다. 보다 구체적으로는, 양성 계면활성제의 예에는 라우릴 디메틸 아민 옥사이드, 미리스틸 디메틸 아민 옥사이드, 스테아릴 디메틸 아민 옥사이드, 디히드록시에틸 라우릴 아민 옥사이드, 폴리옥시에틸렌 코코넛 오일 알킬 디메틸 아민 옥사이드, 디메틸알킬 (코코넛) 베타인 및 디메틸 라우릴 베타인이 포함된다.
특히 다음의 일반식(V), (VI), (VII), (VIII), (lX) 및 (X)으로 나타나는 계면활성제가 바람직하다.
Figure 112007050520216-pct00005
화학식 (∨) 중 Rl은 탄소수 6~14의 알킬기를 나타낸다. 상기 알킬기는 가지형일 수 있다. h는 3~12의 정수를 나타낸다. M는 알칼리 금속 이온, 제4급 암모늄, 제4급 포스포늄, 또는 알칸올 아민을 나타낸다.
Figure 112007050520216-pct00006
화학식 (VI)에서 R2는 탄소수 5~16의 알킬기를 나타낸다. 상기 알킬기는 가지형일 수 있다. M는 알칼리 금속 이온, 제4급 암모늄, 제4급 포스포늄, 또는 알칸올 아민을 나타낸다.
Figure 112007050520216-pct00007
화학식 (VII)에서 R3는 탄화수소 라디칼을 나타내며, 예를 들면, 탄소수 6-14를 갖는 알킬기이다. 상기 알킬기는 가지형일 수 있다. k는 5 내지 20 사이의 정수이다.
Figure 112007050520216-pct00008
화학식 (VIII)에서 R4는 탄화수소 라디칼을 나타내며, 예를 들면, 탄소수 6-14를 갖는 알킬기이다. j 는 5 내지 20 사이의 정수이다.
Figure 112007050520216-pct00009
화학식 (IX)에서 R6는 탄화수소 라디칼을 나타내며, 예를 들면, 탄소수 6-14를 갖는 알킬기이다. 상기 알킬기는 가지형일 수 있다. L 및 p는 1 내지 20 사이의 정수이다.
Figure 112007050520216-pct00010
화학식 (X)에서, q 및 r는 0~40의 정수를 나타낸다.
화학 구조식 (V) 및 (VI)에 의해 나타나는 계면활성제는 하기의 자유 산 형태를 나타낸다. 계면활성제 (V)로는 하기 (V-1) 내지 (V-6)를 들 수 있다.
Figure 112007050520216-pct00011
Figure 112007050520216-pct00012
Figure 112007050520216-pct00013
Figure 112007050520216-pct00014
Figure 112007050520216-pct00015
Figure 112007050520216-pct00016
다음으로, 계면활성제 (VI)으로는 다음 (VI-1) 내지(VI-4)를 들 수 있다.
Figure 112007050520216-pct00017
Figure 112007050520216-pct00018
Figure 112007050520216-pct00019
Figure 112007050520216-pct00020
플루오르계 계면활성제로는 하기 화학식 (A)로 나타나는 것이 바람직하다.
Figure 112007050520216-pct00021
화학식 (A)에서 m는, 0~10의 정수를 나타내고, n는 1~40 의 정수를 나타낸다.
플루오르계 계면활성제의 예에는 퍼플루오로알킬 술폰산 화합물, 퍼플루오로알킬 카르본 화합물, 퍼플루오로알킬 포스포릭 에스테르 화합물, 퍼플루오로알킬 에틸렌 옥사이드 부가물 및 사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시알킬렌 에테르 폴리머 화합물을 포함한다. 이들 중에서 사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시알킬렌 에테르 폴리머 화합물은 기포성이 낮고, 플루오르 화합물의 생체 축적성도 낮아, 안정성 면에서 특히 바람직하다.
퍼플루오로알킬 술폰산 화합물의 예에는 퍼플루오로알킬 술폰산 및 퍼플루오로알킬 술폰네이트가 포함된다.
퍼플루오로알킬 카르본 화합물의 예에는 퍼플루오로알킬 카르복시산 및 퍼플루오로알킬 카르복실레이트가 포함된다.
퍼플루오로알킬 포스포릭 에스테르 화합물의 예에는 퍼플루오로알킬 포스포릭 에스테르 및 퍼플루오로알킬 포스포릭 에스테르의 염이 포함된다.
사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시아릴렌 에테르 폴리머 화합물의 예에는 사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시알킬렌 에테르 폴리머, 사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시알킬렌 에테르 폴리머의 술포네이트 에스테르 및 사이드 체인으로 퍼플루오로알킬에테르 기를 갖는 폴리옥시알킬렌 에테르 폴리머의 염이 포함된다.
상기 플루오르계 계면활성제 내의 염의 대립이온에는 Li, Na, K, NH4, NH3CH2CH20H, NH2(CH2CH20H)2 및 NH(CH2CH20H)3가 포함된다.
본 발명을 위해 플루오르계 계면 활성제을 제조하거나, 또는 시판품을 사용할 수 있다.
시판되는 플루오르 계면활성제에는 Surflon S-111, S－112, S－113, S－121, S－131, S－132, S－141, S－145(아사히 유리사); Fluorad FC－93, FC－95, FC－98, FC－129, FC－135, FC－170C, FC－430, FC－431(스미토모 3M 사); Megafac F－470, F1405, F－474(대일본 잉크 화학공업사); Zonyl TBS, FSP, FSA, FSN－100, FSN, FSO－100, FSO, FS－300, UR(듀퐁 사); FT－110, FT－250, FT－251, FT－400 S, FT－150, FT－400SW(네오스 사); 및 PF－151 N(옴노바 사)가 포함된다. 이들 중에서 신뢰성과 발색도의 관점에서, Zonyl FSN, FSN－100 및 FSO(듀퐁 사)가 특히 바람직하다.
본 발명에 의한 화상 형성 장치에 사용되는 기록 액체의 표면장력은, 10~60 N/m 인 것이 바람직하다. 피 기록 매체의 젖는 성질과 액체방울의 입자화를 모두 고려할 경우, 15~40 N/m인 것이 게다가 바람직하다.
상기 기록 액체의 점도는, 1.0~30 mPa s의 범위 내인 것이 바람직하고, 토출 안정성의 관점에서는 5.0~10 mPa s의 범위 내인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 기록 액체의 pH는 3~11의 범위 안인 것이 바람직하고, 기록 액체와 접촉하는 금속 부재의 부식 방지의 관점에서는 pH는 6·-10의 범위 안인 것이 보다 더 바람직하다.
잉크에 포함되는 그 밖의 성분의 예에는, 특별히 제한되지는 않으나, 수지 에멀젼, PH 조정제, 방부제 또는 살규제, 녹방지제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 산소 흡수제 및 광 안정화제가 포함된다.
수지 에멀젼은 수지 미립자를 연속상(continuous phase)으로서의 수중에 분산함으로써 제조되며, 계면활성제와 같은 분산제를 함유할 수 있다.
수지 에멀젼 내의 분산상 성분으로서의 수지 미립자의 함유량은 일반적으로는 10~ 70 질량%인 것이 바람직하다. 상기 수지 미립자의 입경은, 특히 잉크젯 기록 장치에 사용하는 경우, 평균 입경이 10 ~1000 nm인 것이 바람직하며, 20~300 nm가 보다 더 바람직하다.
수지 미립자 물질의 예로는 특별히 제한은 없으나, 아크릴 수지, 비닐 아세테이트 수지, 스티렌 수지, 부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 염화비닐 수지, 아크릴 스티렌 수지 및 아크릴 실리콘 수지가 포함된다. 특히, 아크릴 실리콘 수지가 바람직하다.
수지 에멀젼은 본 발명을 위해 제조하거나 또는 시판품을 사용할 수 있다. 시판되는 수지 에멀젼에는 , Microgel E-1002, E －5002(스티렌-아크릴 수지 에멀젼, 일본 페인트 주식회사); VONCOAT 4001 (아크릴 수지 에멀젼, 대일본 잉크 및 화학회사); VONCOAT 5454(스티렌-아크릴 수지 에멀젼, 대일본 잉크 및 화학회사); SAE－1014(스티렌-아크릴 수지 에멀젼, 제온 주식회사); Saibinol SK－200(아크릴 수지 에멀젼, 사이젠 화학 회사); Primal AC－22, AC－61(아크릴 수지 에멀젼, 롬·앤드·하스사); Nanocryl SBCX－2821, 3689(아크릴 실리콘 수지 에멀젼, 토요 잉크 제조 주식회사); 및 ＃3070(메틸 메타크릴레이트 중합체 수지 에멀젼, 미쿠니 컬러사)가 포함된다.
잉크 내의 수지 에멀젼 내의 수지 미립자의 함량은 0.1~ 50질량%인 것이 바람직하고, 0.5~ 20질량%인 것이 보다 바람직하며, 1~ 10질량%인 것이 보다 더 바람직하다. 수지 미립자의 함량이 0.1질량%미만일 때는 수지 에멀젼이 클로깅(clogging)을 방지하거나, 분산 안정성을 향상시키지 못한다. 수지 에멀젼의 함량이 50질량%를 넘으면, 잉크의 보존 안정성이 저하된다.
또한, 상기 기록 액체에는 방부제 또는 살균제가 함유될 수 있다. 방부제 또는 살균제를 혼합하는 것은 박테리아의 성장을 방지하여 보존 안정성을 향상시키고, 그 결과 화질을 유지하도록 하는데 기여한다.
다음 물질들을 방부제 또는 살균제로 사용할 수 있다 : 벤조트리아졸, 소디움 데히드로 아세테이트, 소디움 소르베이트, 2－피리딘티올-1－옥사이드 나트륨, 이소테아조린계 화합물, 안식향산 나트륨 및 펜타클로로페놀 나트륨.
또한, 상기 기록 액체에는 녹 방지제가 포함될 수 있다. 상기 녹 방지제는 기록 헤드와 같이 기록액과 접촉하는 금속 면을 코팅하여 부식을 방지한다.
다음 물질들이 녹 방지제로 사용될 수 있다 : 에시딕 설파이트, 소디움 티오설페이트, 암모늄 티오디글리콜산, 디이소츠로칠 암모늄 나이트리트, 펜타에리트리톨 테트라나이트레이트 및 디사이클로헥실 암모늄 나이트레이트.
또한, 상기 기록 액체는 산화 방지제를 포함할 수 있다. 상기 산화 방지제는 부식의 원인되는 래디컬 종을 소멸시킴으로써, 부식을 방지한다.
산화 방지제로서는 페놀계 화합물 및 아민계 화합물이 주로 사용된다. 페놀계 화합물에는, 하이드로퀴논 및 갈레이트와 같은 화합물; 2,6-디-tert-부틸-p-크레졸, 스테아릴-β-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 1,1,3-tris(2-메틸-4-히드록시-5-tert-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-tris(3,5-디-tert-4-히드록시벤질)벤젠, tris(3,5-dit-tert-부틸-4-히드록시벤질)이소시아누레이트, 및 테트라키스[메틸렌-3(3',5'-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄과 같은 힌더드 페놀계 화합물이 포함된다.
아민 화합물에는 N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, 페닐-β-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, N,N'-β-나프틸-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐에틸렌디아민, 페노티아진, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민 및 4,4'-테트라메틸-디아미노디페닐메탄이 포함된다. 또한 후자로는 황 화합물 및 인 화합물이 주로 사용된다. 황 화합물은 디라우릴 티오디프로피오네이트, 디스테아릴 티오디프로피오네이트, 라우릴 스테아릴 티오디프로피오네이트, 디미리스틸 티오디프로피오네이트, 디스테아릴 β, β'-티오디부티레이트, 2-메르캅토벤조이미다졸 및 디라우릴 설파이트를 포함한다. 인 화합물에는 트리페닐 포스파이트, 트리옥타데실 포스파이트, 트리데실 포스파이트, 트리라우릴 트리티오포스파이트, 디페닐 이소데실 포스파이트, 트리노닐 페닐 포스파이트 및 디스테아릴 펜타에리트리톨 포스파이트가 포함된다.
기록 액체 내에 함유되는 pH 조절제로는 다음 물질들이 사용될 수 있다: 수산화 리튬, 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨과 같은 알칼리 금속 원소의 수산화물; 수산화 암모늄, 제4급 암모늄 수산화물, 제4급 포스포늄 수산화물, 탄산 리튬, 탄산 나트륨 및 탄산 칼륨과 같은 알칼리 금속의 카보네이트; 디에탄올 아민 및 트리에탄올 아민과 같은 아민; 붕산; 염산; 질산; 황산; 및 아세트산.
자외선 흡수제의 예에는 벤조페논 자외선 흡수제, 벤조트리아졸 자외선 흡수제, 살리실레이트 자외선 흡수제, 시아노아크릴레이트 자외선 흡수제 및 니켈 착염 자외선 흡수제가 포함된다.
벤조페논 자외선 흡수제의 예에는 2－히드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-도데실옥시 벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 및 2,2',4,4'-테트라히드록시벤조페논이 포함된다.
벤조트리아졸 자외선 흡수제의 예에는 2-(2'-히드록시-5'-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-4'-옥톡시페닐)벤조트리아졸 및 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로벤조 트리아졸이 포함된다.
살리실레이트 자외선 흡수제의 예에는 페닐 살리실레이트, p-tert-부틸페닐살리실레이트 및 p-옥틸페닐살리실레이트가 포함된다.
시아노아크릴레이트 자외선 흡수제의 예에는 에틸-2-시아노-3,3'-디페닐아크릴레이트, 메틸-2-시아노-3-메틸-3-(p-메톡시페닐)아크릴레이트, 및 부틸-2-시아노-3-메틸-3-(p-메톡시페닐)아크릴레이트가 포함된다.
니켈 착물 염 자외선 흡수제의 예에는 니켈비스(옥틸페닐)설파이트, 2,2'-티오비스(4-tert-옥틸팔레이트)-n-부틸아민니켈(II), 2,2'-티오비스(4-tert-옥틸팔레이트)-2-에틸헥실아민니켈(II) 및2,2'-티오비스(4-tert-옥틸팔레이트)트리에탄올아민니켈(II)이 포함된다.
본 발명의 잉크 매체 셋트에 따른 잉크는 적어도 물, 착색제 및 습윤제를 포함하며, 또한, 침투제, 계면활성제 및 다른 성분을 포함할 수 있다. 잉크를 제조하기 위해, 상기 성분즐을 수성 매체에 분산 또는 용해시킨다. 상기 용액는 필요에 따라 교반될 수 있다. 상기 성분들을 분산시키는 것은, 예를 들면, 샌드 밀, 균질기, 볼 밀, 페이트 쉐이커 또는 초음파 분산기가 사용될 수 있다. 상기 용액을 교반하는 것은, 교반 블레이드, 마그네틱 스티어(stirrer)를 가지고 있는 정상 교반기 또는 고속 분산기를 사용할 수 있다.
잉크의 색깔은, 이로써 제한되는 것은 아니나, 노랑, 붉은 색, 남색 및 잉크를 포함한다. 멀티-컬러 이미지는 둘 이상의 색깔 잉크를 사용하여 형성된다. 총 천연색 이미지는 네 가지 잉크를 사용하여 형성된다.
상기한 바와 같이 형성된 전형적인 이미지 형성 장치에서, 상기 용지 시트 112는 용지 공급부 119으로부터 하나씩 분리되어 공급되고, 분리된 용지 시크 112는 거의 수직으로 위쪽으로 공급되며, 가이트 115에 의해 컨베이어 벨트 121 및 카운터 롤러 122 사이의 공간으로 가이드 되고, 컨베이어 벨트121 위의 팁 가압 롤러125에 의해 가압되어, 용지 시트의 방향이 약 90도 변한다.
이 단계에서, 후수할 제어 회로의 AC 바이어스 적용 유닛은 플러스 및 마이너스 전압을 교대로 출력시킴으로써, 대전 롤러 126에 교대로 전압을 적용한다. 그 결과, 컨베이어 벨트 121의 표면 상에 용지 수송 방향(부 주사 방향)으로 일정한 두께를 갖는 플러스 및 마이너스 대전 띠를 교대로 형성하게 된다. 용지 시트 112가 대전된 컨베이어 벨트 121 위에서 수송될 때, 상기 용지 시트 112는 정전기적으로 컨베이어 벨트 121에 부착되고, 그에 의해 컨베이어 벨트 121이 돌아갈때, 부 주사 방향으로 수송되게 된다.
캐리지 103이 주 주사 방향으로 움직이는 동안 잉크 방울을 분사하는 이미지 신호에 따라 기록 헤드 107가 구동되고, 용지 시트 112 위에 한 줄의 이미지가 기록되고, 특정 지역에서 멈춘다. 그런 후 상기 용지 시트 112가 특정된 거리만큼 더 이동되고, 다음 줄이 기록된다.
거기서, 캐리지 103을 왕로 및 복로 방향에 이동 시키면서 화상 신호에 응해 기록 헤드 107을 구동 하는 것으로써, 정지 하고 있는 매체 112에 잉크 방울을 토출이라고 1행분을 기록 해, 매체 112를 소정량 수송 후, 다음의 행의 기록을 실시한다. 기록 완료 신호 또는 용지 시트 112의 후단이 이미지 형성 영역에 도달하였다는 신호를 받으며, 상기 전형적인 이미지 형성 장치는 이미지 형성 공정을 종료하고, 배지 트레이154로 용지 시트 112를 배출한다.
양면 인쇄의 경우에는, 용지 시트 112의 윗면(최초로 인쇄 하는 면) 위에 이미지를 형성한 후에, 컨베이어 벨트 121를 반대 방향으로 돌려 상기 용지 시트 112를 양면 급지 유닛 115로 보내고, 용지 시트 112를 반전 시켜(이면이 인쇄면이 되는 상태로 함) 재차 카운터 롤러 122로 반송 벨트 121과의 공간에 급지하고, 상기 용지 시트 112를 상기한 바와 같이, 제한된 시간 내에 컨베이어 벨트 121로 이동시키고, 아래쪽 면에 이미지가 형성되면, 배지 트레이 154로 용지 시트 112를 배출시킨다.
상기 전형적인 이미지 형성 장치가 작동되지 않을 때에는, 상기 캐리지 103은 상기 기록 헤드 관리/청소 매카니즘 156 쪽으로 이동된다. 이 위치에서 상기 기록 헤드 107의 노즐면은 캡 157에 의해 덮혀 있어 노즐의 습기를 유지시키고, 그 결과 건조된 잉크로 인하여 노즐 클로깅이 발생하는 것을 방지한다. 캡 157에 의해 씌여진 기록 헤드 107과 함께, 상기 노즐은 말라붙은 잉크 또는 공기 방울을 제거하기 위해 흡입된다.(이를 노즐 흡입 또는 헤드 흡입이라 함). 이러한 기록 헤드 관리 동안에 기록 헤드 107의 노즐 표면에 달라붙은 상기 잉크는 와이퍼 블레이드 158에 의해 닦여진다. 또한, 이미지 형성 공정 전 또는 동안에 노즐을 청소하기 위하여, 잉크가 스프레이된다. 상기 처리에 의해, 기록 헤드 107의 분사 능력이 유지된다.
상기와 같이 형성된 전형적인 이미지 형성 장치는 상기 기록 헤드는 액체 방울 토출 헤드를 가지고 있으므로, 이미지 형성 장치의 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있다.
다음으로, 액체 방울 토출 헤드로 상기 실시예의 액체 방울 토출 헤드와 같이 액체방울의 토출 방향과 기록액 유로(액체 챔버)의 방향이 다른 사이드 슈터 방식의 헤드를 가지며, 액체방울을 토출하기 위해 에너지-발생 수단(구동 소자)이 전기 열 변환 몸체인 서멀형(thermal type) 헤드의 일실시예를 도 17을 참조하여 설명한다.
액체 방울 토출 헤드의 구조에 있어서, 통로 513의 측벽을 포함하는 통로 형성 부재 515가 토출 에너지-발생 몸체 511(상기 몸체에 방출 신호를 인가하는 전극 및 필요한 경우에는 생략하는 한 상기 몸체 위에 제공되는 보호층)을 갖는 기판 512 위에 적층되고, 노즐 514를 형성하는 노즐 판 516이 통로 형성 부재 515 위에 적층되어 있다. 이러한 헤드에서, 상기 잉크의 흐름 방향은 점선 517으로 도시한 바와 같이, 통로 513 내의 에너지 작동부 및 노즐 514의 중앙 개구 축에 대해 직각을 이루고 있다.
이러한 헤드에서 노즐판 515의 노즐 형성부 및 외주부의 다른 발수 처리를 제공함으로써, 상기한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 헤드 구성으로 인해, 토출 에너지-발생 몸체 511으로부터 발생하는 에너지를 보다 효율적으로 잉크 방울의 형성 및 잉크 방울의 분사에 대한 운동 에너지로 변환할 수 있으며, 잉크 공급에 의한 메니스커스(meniscus)의 복원도 빠르다는 구조적 이점이 있으며, 이는 토출 에너지-발생 몸체 511에 발열 소자를 이용했을 경우에 특히 효과적이다. 또한, 사이드 슈터 매카니즘을 사용하는 경우, 모서리 분사에서 문제가 되는 기포가 소멸할 때의 충격에 의해 토출 에너지-발생 몸체를 서서히 파괴하는, 소위 캐비테이션 현상을 회피할 수 있다.
즉, 사이드 슈터 매카니즘에 있어서, 기포가 성장하여 노즐에 이르면, 기포가 대기와 통하게 되고, 온도 저하에 의한 기포의 수축이 일어나지 않기 때문에, 헤드의 수명이 상대적으로 길어진다.
상기 실시예에서는 본 발명을 프린터와 같은 화상 형성 장치에 적용한 예로 설명했지만, 이것에 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 본 발명은 프린터, 팩스, 및 복사기를 포함하는 복합기와 같은 화상 형성 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 기록 액체 및 잉크를 제외한 액체와 같은 액체를 고정하는 공정을 사용하는 액체 방울 토출 장치 및 화상 현상 장치에 사용될 수 있다.
다음에, 본 발명과 관련되는 기록 방법을 설명한다. 본 발명의 기록 방법은, 상기한 화상 형성 장치와 마찬가지로, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드로부터 액체 방울을 토출함으로써, 기록 매체(용지 시트) 위에 화상을 기록한다.
여기서, 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 노즐판, 기록 액체(여기에서는 잉크), 기록 매체(매체라고 함)의 관계를 설명한다. 상술한 것처럼 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 노즐판은 발수성(또는 발-잉크성)이 뛰어나고, 따라서 표면장력이 낮은 잉크를 이용해도 잉크 방울을 양호하게 형성할 수 있다. 보다 상세하게는 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 노즐판은 낮은 습윤을 가지며, 따라서, 잉크의 메니스커스가 정상적으로 형성된다. 메니스커스가 정상적으로 형성되면, 한쪽 방향에 잉크가 끌려가는 것을 방지하고, 잉크 분사의 구부러짐이 방지되고, 그 결과 도트를 정밀하게 형성할 수 있다.
잉크-흡수 속도가 낮은 용지 시트(매체)에 이미지를 형성할 때, 도트 위치 정밀도가 화상 품질에 현저하게 영향을 미친다. 낮은 잉크-흡수 속도를 갖는 기록 매체 위에서, 잉크 방울은 부드럽게 퍼지지 못한다. 따라서, 만일 잉크 방울의 위치의 정확도가 낮으면, 기록 매체 상의 이미지 형성영역의 일부는 잉크 방울로 채워지지 않을 수 있고, 그 결과, 빈 공간으로 남게 된다. 빈 공간으로 납은 부분은 화상 밀도의 불규칙 또는 저하를 가져오며, 그에 따라 화질이 떨어지게 된다.
본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 노즐판은 낮은 표면 장력을 갖는 잉크를 사용해도 높은 위치 정확성을 갖는 도트를 형성할 수 있도록 해주며; 화상 밀도의 불규칙성 또는 저하를 방지하며; 그 결과 낮은 잉크-흡수 속도를 갖는 용지 시트 위에서 조차 고 화질의 화상을 형성할 수 있도록 해준다.
이하에서는, 본 발명의 기록 방법에서 사용되는 기록 매체(기록을 위한 매체)를 설명한다.
상기 기록 매체는 베이스 물질과, 상기 베이스 물질의 표면에 형성된 적어도 하나의 코팅층을 포함한다. 또한, 전형적인 기록 매체는 부가적인 층들을 가질 수도 있다.
본 실시예에서 전형적인 기록 매체가 100ms동안 잉크와 접촉할 경우,동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된 전형적인 기록 매체 위로 전사되는 잉크의 양은 2 내지 40ml/m2이다. 바람직하게는 3 내지 30ml/m2이다. 본 실시예에서 접촉 시간 100msehddks 기록 매체 위로 전사되는 순수한 물의 양은 2 내지 45ml/m2인 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 3 내지 30ml/m2이다. 100ms의 접촉 시간에 전사되는 순수한 물 또는 잉크의 양이 상기 바람직한 범위보다 작을 때에는 입자화(beading)가 발생할 수 있다. 상기 양이 바람직한 범위보다 많을 경우에는, 기록된 잉크 도트의 직경이 바람직한 직경보다 작게 된다.
전형적인 기록 매체가 본 실시예의 잉크와 300ms동안 접촉할 경우, 동적 주사 흡수계(dynamic scanning absorptometer)에 의해 측정된, 상기 전형적일 기록 매체 위로 전사된 잉크의 양은 3 내지 50mㅣ/m2이다. 상기 값은 4 내지 40ml/m2인 것이 보다 바람직하다. 접촉 시간 400ms동안 전형적인 기록 매체 위로 전사된 순수한 물의 양은 3 내지 50ml/m2인 것이 바람직하며, 4 내지 40ml/m2인 것이 보다 바람직하다. 400ms의 접촉시간에 전사된 순수한 물 또는 잉크의 양이 바람직한 범위보다 작은 경우에는, 건조 특성이 불충분하고, 돌기 자국이 나타날 수 있다. 상기 양이 바람직한 범위보다 클 경우에는, 흘러내림이 발생할 수 있고, 건조 후의 화상부의 광택이 낮아질 수 있다.
동적 주사 흡수계 (dynamic scanning absorptometer)(DSA: JAPAN TAPPI JOURNAL, Volume 48, 1995. 05, pp.88-92, Shigenori Kuga)는 매우 짧은 시간동안 흡수한 액체의 양을 정확하게 측정할 수 있는 장치이다. 상기 동작 주사 흡수계는 모세관 내의 메니스커스의 변화로부터 액체의 흡수 속도를 읽고, 흡수된 액체의 양을 자동으로 측정한다. 테스트 시료는 원반 모양으로 형성한다. 상기 동적 주사 흡수계는 액체 흡수 헤드를 테스트 시료에 대하여 나선상으로 움직이면서, 테스트 시료를 스캔하며, 그에 의해, 필요한 만큼 많은 점에서 흡수된 액체의 양을 측정한다. 상기 주사 속도는 예정된 패턴에 따라 자동으로 변화된다. 테스트 시료에 액체를 공급하는 액체 공급 헤드는 테플론 튜브를 통해 모세관과 연결된다.
모세관 내에서 메니스커스의 위치는 광학 센서에 의해 자동으로 찾아진다. 상기 실험에서, 동적 주사 흡수계(K350 시리즈, D형, 쿄와 사)는 전사된 순수한 물 또는 잉크의 양을 측정하기 위해 사용된다. 접촉 시간 100 ms 및 접촉 시간 400 ms에 있어서의 상기 전사된 순수한 물 또는 잉크의 양은 각각의 접촉 시간의 근린의 접촉 시간에서 측정된 전이 양을 사용하는 보간법(interpolation)에 의해 얻어진다. 측정은 섭씨 23℃ 및 50%RH의 환경에서 수행되었다.
<베이스 물질>
용지의 목적에 따라 다양한 물질들이 베이스 물질로 사용될 수 있다. 예를 들면, 목재 섬유를 주로 하는 종이 시트 및 목재 섬유 및 합성 섬유를 주체로 한 부직포들이 사용될 수 있다.
종이 시트는 목재 펄프 또는 재생 펄프로 제조될 수 있다. 목재 펄프의 예로는 활엽수 표백 펄프(LBKP), 침엽수 표백 펄프(NBKP), NBSP, LBSP, GP 및 TMP등이 있다.
재생펄프의 원료로는, 종이 재생 촉진 센터의 재생 종이 표준 품질 목록 내의 재생 종이가 사용될 수 있다. 예를 들면, 재생 종이로 만들어진 화학 펄프 또는 고-수율 펄프가 베이스 물질로 사용될 수 있다. 이러한, 재생 종이에는 무-코팅 컴퓨터 용지, 열 종이 및 감압지과 같은 인쇄 종이; 보통 종이와 같은 OA 용지; 아트 용지, 초-경량 코팅지 및 매트 종이와 같은 코팅지; 및 본드 용지, 컬러 본드 용지 노트 용지, 편지지, 포장지, 팬시 용지, 보고 등급지, 신문지, 갱지, 슈퍼마켓 광고지, 모조지, 순백 롤 용지 및 우유 팩과 같은 코팅지가 포함된다. 상기 물질들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
일반적으로 재생 펄프는 다음 네 단계에 의해 제조된다.
(1) 펄프 제조기에서 기계력과 화학 약품을 사용하여 사용된 종이를 섬유로 풀어내고, 상기 섬유로부터 잉크를 분리하는 섬유 분리 단계
(2) 예를 들면 스크린 및 클리너를 이용하여 사용된 종이 내의 이물질(플라스틱 등) 및 먼지를 제거하는 제진 단계
(3) 계면활성제를 이용하여 분리된 잉크를플로테이션 법(floatation method) 또는 세정법을 이용하여 제거하는 탈잉크화 단계
(4)
잉크제거는, 섬유 좌측층 계면활성제를 이용해 박리 된 인쇄 잉크를 후로테이션법, 또는 세정법으로 계외에 제거 한다.
(4) 산화 또는 환원에 의해 섬유를 표백하는 표백 방법.
재생 펄프에 목재 펄프를 혼합하는 경우, 재생된 펄프의 비율은 생산된 종이가 기록 후에 구부러지지 않기 위해서는 40% 이하인 것이 바람직하다.
상기 베이스 물질에 대한 내부 충전재로, 종래의 백색 안료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 다음 물질들이 백색 안료로 사용될 수 있다 :
경질탄산칼슘, 중질 탄산칼슘, 카올린, 진흙, 탈크, 황산칼슘, 황산 바륨, 이산화티탄, 산화아연, 황화아연, 탄산 아연, 새틴 화이트, 규산 알루미늄, 규조토, 규산 칼슘, 규산 마그네슘, 합성 실리카, 수산화 알루미늄, 알루미나, 리토폰, 제올라이트, 탄산 마그네슘 또는 수산화 마그네슘과 같은 무기 안료; 및
스티렌 계 플라스틱 안료, 아크릴 계 플라스틱 안료, 폴리에틸렌, 마이크로 캡슐, 우레아 수지 또는 멜라민 수지와 같은 유기안료.
상기 물질들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
베이스 물질을 형성할 때, 내부 크기 조절제로, 중성 제지에 사용되는 중성 로진 사이즈, 알케닐 숙시닉 안하이드리드(ASA), 알킬 케톤 디머(AKD) 또는 석유 수지 사이즈 등이 사용될 수 있다. 특히 중성 로진 사이즈 및 알케닐 숙시닐 안하이드라이드가 바람직하다. 알킬 케톤 디머는 크기 효과가 높아, 적은 양을 사용하여도 충분한 크기 효과를 얻을 수 있다. 다만, 알킬 케톤 디머는 기록 용지(매체) 표면의 마찰 계수를 감소시켜, 알킬 케톤 디머를 사용하여 제조된 기록 용지는 잉크 젯 기록 장치에서 수송될 때 미끄러짐이 발생할 수 있다.
<코팅층>
코팅층은 안료 및 접착제를 포함하고, 또한 계면 활성제 및 다른 성분들을 포함할 수 있다.
안료로서, 무기 안료 또는 무기 안료와 유기 안료의 혼합물이 사용될 수 있다.
예를 들면, 카올린, 탈크, 중질 탄산 칼슘, 경질 탄산 칼슘, 황산 칼슘, 비결정질 실리카, 알루미나, 화이트 티탄, 탄산 마그네슘, 이산화티탄, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 수산화 아연 또는 클로라이트 등이 무기 안료로 사용될 수 있다. 특히, 카올린은 오프셋 용지의 광택과 유사한 고 광택 표면을 제공하기 때문에, 바람직하다.
카올린의 여러 종류가 있으며, 예를 들면, 디래미네이티드 카올린(DELAMINATED KAOLIN), 소성 카올린 및 표면 개질에 의해 제조된 엔지니어드 카올린이 있다. 고 광택 표면을 제공하기 위해서 입자의 80중량% 이상이 2㎛ 이하의 지름을 가진 카올린 종류의 함량은 전체 카올린의 양 내에서 50 % 이상인 것이 바람직하다.
코팅층 내에서 카올린에 대한 접착제의 함량은 100:50인 것이 바람직하다. 만일 카올린의 중량 비율이 50보다 낮으면, 충분한 광택을 얻을 수 없다. 카올린의 양에 대한 특별한 제한은 없다. 다만, 높은 전단력 하에서 카올린의 유동성 및 두께 특성을 고려할 때, 코팅 가능성의 관점에서 상기 카올린의 중량 비율은 90 이하인 것이 바람직하다.
유기 안료로서, 수용성 분산제, 예를 들면, 스티렌-아크릴 공중합체 입자, 스티렌-부타디엔 공중합체 입자, 폴리스티렌 입자, 또는 폴리에틸렌 입자들이 사용된다. 상기 유기 안료는 혼합하여 사용될 수 있다.
코팅층 내의 안료 전체의 양에서 상기 유기 안료의 양은 2-20 중량%인 것이 바람직하다. 상기한 유기 안료는 무기 안료보다 비중량이 낮기 때문에, 우수한 코팅성을 갖는 두껍고, 고-광택 코팅층을 제공한다. 만일 유기 안료의 중량 %가 2보다 작으면, 원하는 효과를 얻을 수 없고, 유기 안료의 중량%가 20보다 크면, 코팅 용액의 유동성이 너무 낮아, 결과적으로 코팅 공정의 효율을 떨어뜨리고, 처리 비용이 증가한다.
유기 안료는 그 입자 모양에 따라 몇 가지 유형으로 나뉜다 : 밀폐형, 중공형 및 도너츠 형. 광택성, 코팅성, 코팅 액체의 유동성 사이의 조화를 얻기 위해, 공극율 40% 이상을 갖고, 평균 지름이 0.2 내지 0.3㎛인 중공형 입자를 갖는 유기 안료가 바람직하다.
접착제로는, 수성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
수성 수지로서, 수용성 수지 또는 물-분산성 수지가 사용될 수 있다. 목적에 따라 어떤 수성 수지라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 다음 수성 수지들이 사용될 수 있다 : 폴리비닐 알코올; 음이온-변성 폴리비닐알콜, 양이온-변성 폴리비닐알콜 또는 아세탈-변성 폴리비닐 알코올과 같은 변성 폴리비닐알콜; 폴리우레탄；폴리비닐 피롤리돈; 폴리비닐 피롤리돈-비닐 아세테이트 공중합체, 비닐 피롤리돈-디메틸아미노에틸메타크릴레이트 공중합체, 4급화 비닐 피롤리돈-디메틸아미노에틸메타크릴레이트 공중합체 또는 비닐피롤리돈-메타크릴아미드 프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드 공중합체와 같은 변성 폴리비닐 피롤리돈; 카르복시메틸 셀룰로오즈, 히드록시에틸 셀룰로오즈 또는 히드록시프로필셀룰로오즈와 같은 셀룰로오즈; 양이온화된 히드록시에틸 셀룰로오즈와 같은 변성 셀룰로오즈; 폴리에스테르; 폴리아크릴산(에스테르), 멜라민 수지 또는 이러한 물질들의 변성체; 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체로 만든 합성 수지; 및 폴리(메타)아크릴산, 폴리(메타)아크릴아미드, 산화전분, 인산에스테르화 전분, 자가 변성 전분, 양이온화 전분, 다른 변성 전분, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴산 소다 및 알긴산 소다와 같은 다른 물질들. 상기 물질들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 물질 중에서, 폴리비닐알콜, 양이온 변성 폴리비닐 알콜, 아세탈 변성 폴리비닐알콜, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체는 잉크 흡수 속도 면에서 특히 바람직하다.
목적에 따라 임의의 물-분산성 수지가 사용될 수 있다. 예를 들면, 다음 물-분산성 수지들이 사용될 수 있다 : 폴리비닐 아세테이트, 에틸렌 폴리비닐 아세테이트 공중합체, 폴리스티렌, 스티렌-(메타)아크릴산 에스테르 공중합체, (메타)아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리비닐 아세테이트-(메타)아크릴산 (에스테르)공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리비닐 에테르 및 실리콘-아크릴산 공중합체. 물-분산성 수지는 메틸올 멜라민, 메틸올 하이드록시프로필렌 우레아 또는 이소시아네이트와 같은 가교제를 함유할 수 있다. 또한, 메틸올 아크릴아미드 단위를 함유한 자기-가교결합 공중합체가 물-분산성 수지로 사용될 수 있다. 상기한 물 분산성 수지 중 둘 이상을 동시에 사용할 수 있다.
안료에 대한 수성 수지의 중량 비율은 2:100 내지 100:100인 것이 바람직하며, 3:100 내지 50:100인 것이 더 바람직하다. 코팅층 내의 수성 수지의 양은 기록 매체의 액체 흡수 속도가 특정 범위 내에 있도록 결정된다.
물-분산성 착색제가 사용될 때, 접착제 내에 양이온성 유기 화합물을 혼합할 것인지 여부는 선택적이다. 예를 들어, 수용성 잉크 내의 직접성 염료 또는 산성 염료의 술폰산 기, 카르복실기 또는 아미노기와 반응하여 불용성 염을 만드는 1급 내지 3급 아민들; 또는 4급 암모늄 염의 단량체, 올리고머 또는 폴리머가 사용될 수 있다. 이들 중에서, 4급 암모늄 염의 올리고머 또는 폴리머가 특히 바람직하다.
양이온성 유기 화합물로서, 다음 물질들이 사용될 수 있다 : 디메틸아민-에피클로로하이드린 다중 축합물, 디메틸아민-암모니아-에피클로로하이드린 축합체, 폴리(트리메틸 아미노에틸-메타크릴레이트 메틸설페이트), 디알릴아민 하이드로클로라이드-아크릴아미드 공중합체, 폴리(디알릴아민 하이드로클로라이드-설퍼 디옥사이드), 폴리알릴아민 하이드로클로라이드, 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드-디알릴아민 하이드로클로라이드), 아크릴아미드-디알릴아민 공중합체, 폴리비닐아민 공중합체, 디시안 디아미드, 디시안디아미드-암모늄 클로라이드-우레아-포름알데하이드 축합체, 폴리알킬렌 폴리아민-디시안디아미드 암모늄 염 축합체, 디메틸디알릴 암모늄 클로라이드, 폴리 디알릴메틸 아민 하이드로클로라이드, 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드), 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드-설퍼 디옥사이드), 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드-디알릴 아민 하이드로클로라이드 유도체), 아크릴아미드-디알릴 디메틸암모늄 클로라이드 공중합체, 아크릴레이트-아크릴아미드-디알릴 아민 하이드로클로라이드 공중합체, 폴리에틸렌이민, 아크릴아민 공중합체와 같은 에틸렌이민 유도체 및 변성 폴리에틸렌이민 알킬렌 옥사이드. 상기 물질들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
디메틸아민-에피클로로하이드린 다중 중합체 또는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드와 같은 저-분자량을 갖는 양이온성 유기 화합물 및 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드)와 같은 상대적으로 고-분자량을 갖는 양이온성 유기 화합물을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 하나의 양이온성 화합물을 사용하는 경우와 비교해 보면, 양이온성 유기 화합물을 혼합하여 사용하면, 화상 밀도가 향상되고, 뭉침이 감소한다.
콜로이드적정 법(폴리비닐 황산 칼륨 및 톨루이딘 블루를 사용하여 수행함)에 의해 얻어진 상기 양이온성 유기 화합물 내의 양이온 당량은 3~8 meq/g가 바람직하다. 상기 범위 내의 양이온 당량을 가지면, 상기 양이온성 유기 화합물의 건조 부착량을 바람직한 범위 내로 얻을 수 있다. 양이온 당량의 측정에 있어서, 상기 양이온성 유기 화합물을 증류수로 희석하여, 용액 내의 고형분 함량이 0.1 중량%가 되도록 한다. pH 조절을 수행하지 않는다.
양이온성 유기 화합물의 건조 부착량은 0.3 내지 2.0g/m2사이인 것이 바람직하다. 양이온성 화합물의 건조 부착량이 0.3g/m2 보다 작으면, 화상 밀도의 충분한 향상 및 뭉침 현상의 충분한 저항를 얻을 수 없다.
목적에 따라 임의의 계면활성제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양친성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 상기 계면활성제들 중에서, 비이온성 계면활성제가 특히 바람직하다. 계면활성제를 첨가하면, 내수성 및 화상 밀도가 향상되고, 그 결과 블리딩(bleeding)이 감소한다.
예를 들면, 다음의 비이온성 계면활성제가 사용될 수 있다 : 고급 알콜 에틸렌 옥사이드 부가물, 알킬페놀에틸렌 옥사이드 부가물, 지방산 에틸렌 옥사이드 부가물, 폴리하이드릭 알콜 지방산 에스테르 에틸렌 옥사이드 부가물, 고급 지방족 아민 에틸렌 옥사이드 부가물, 지방산 아미드 에틸렌 옥사이드 부가물, 지방 오일 에틸렌 옥사이드 부가물, 지방의 에틸렌 옥사이드 부가물, 폴리프로필렌 글리콜 에틸렌 옥사이드 부가물, 글리세롤 지방산 에스테르, 펜타에리트리톨 지방산 에스테르, 소르비톨-소르비탄 지방산 에스테르, 자당류 지방산 에스테르, 폴리하이드릭 알콜 알킬 에테르 및 알카놀아민 지방산 아미드. 상기 물질들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
폴리하이드릭 알콜은 특정한 유형으로 제한되지 않으며, 목적에 따라 어떤 유형의 폴리하이드릭 알콜이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리트, 소르비톨 또는 자당이 사용될 수 있다. 에틸렌 옥사이드 부가물은 물 용해성에 영향을 미치지 않는 범위에서 에틸렌 옥사이드의 일부를 프로필렌 옥사이드 또는 부틸렌 옥사이드와 같은 알킬렌 옥사이드로 치환함으로써 제조할 수 있다. 치환 부분의 퍼센트는 50이하인 것이 바람직하다. 비이온성 계면활성제의 친수성-소수성 발란스(HLB)는 4 내지 15인 것이 바람직하며, 7 내지 13인 것이 더 바람직하다.
양이온성 유기 화합물에 대한 계면활성제의 중량 비율은 0:100 내지 10:100인 것이 바람직하며, 0.1:100 내지 1:100인 것이 더 바람직하다.
코팅층에는 유리한 효과를 해하지 않는 범위에서 다른 성분들이 첨가될 수도 있다. 다른 성분들의 예로는 알루미나 파우더, pH 조절제, 살균제 및 산화 방지제가 포함된다.
코팅층 형성 방법은 특정한 방법으로 제한되지는 않는다. 예를 들면, 상기 코팅층은 베이스 물질을 코팅 용액에 함침시키거나, 베이스 물질에 코팅 용액을 적용함으로써 형성할 수 있다. 코팅 용액의 함침 또는 적용에 있어서, 종래의 사이즈 프레스(size press), 게이트 롤 사이즈 프레스(gate roll size press), 필름 트랜스퍼 사이즈 프레스(film transfer size press), 블레이드 코팅기, 로드 코팅기 또는 커튼 코팅기가 사용될 수 있다. 또한, 용지 기계에 부착된 종래의 사이즈 프레스(size press), 게이트 롤 사이즈 프레스(gate roll size press) 또는 필름 트랜스퍼 사이즈 프레스(film transfer size press)를 사용하면, 코팅 용액의 함침 또는 적용에 있어서, 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
베이스 물질 상의 코팅 용액의 양에는 특별한 제한은 없다. 다만, 베이스 물질 위에 코팅 용액의 함량은 0.5 내지 20g/m2인 것이 바람직하며, 1 내지 15g/m2인 것이 보다 바람직하다.
코팅 용액을 함침 또는 적용한 후에, 상기 코팅 용액을 건조할 수 있다. 건조 공정의 온도는 100 내지 250℃인 것이 바람직하지만, 특정 범위로 제한되지는 않는다.
본 발명의 기록 방법에서 사용되는 전형적인 기록 매체는 베이스 물질의 이면에 이면층(back layer)을 가질 수 있고, 베이스 물질 및 코팅층 사이에 또는 베이스 물질과 이면층 사이에 다른 층을 가질 수 있다. 또한, 코팅층 위에 보호층이 제공될 수 있다. 각각의 층은 하나의 층 또는 다층들로 이루어질 수 있다.
용액의 흡액 특성이 본 발명의 범위이면, 본 발명의 기록 방법에서 사용하는 기록 매체로는 잉크젯 기록 매체 이외에 시판되는 오프셋 인쇄용 코팅지, 그라비아 인쇄용 코팅지를 사용할 수 있다.
본 발명의 기록 방법에 사용되는 기록 매체의 평량은 50 ~ 250 g/m2인 것이 바람직하다.
50 g/m2미만인 경우, 강도가 없기 때문에, 수송 경로의 도중에 기록 매체가 걸리는 등의 수송 불량이 생기기 쉽다.
기록 매체의 평량이 250 g/m2를 넘으면 강도가 너무 커지기 때문에 수송 경로의 도중에 있는 곡선 부에서 기록 매체가 잘 굽어지지 못하고, 그 결과 역시 기록 매체가 걸리는 등의 수송 불량이 생기기 쉽다.
도 1은 본 발명의 액체 방울 토출 헤드의 제 1 실시예를 보여주는 투시도를 도시한 것이며;
도 2는 상기 헤드의 액체 챔버의 장 방향에 대한 단면도이고,
도 3은 상기 헤드의 액체 챔버의 단 방향에 대한 바이-피치(bi-pitch) 구조의 단면도이고,
도 4는 상기 헤드의 액체 챔버의 단 방향에 대한 노말-피치(normal-pitch) 구조의 단면도이고,
도 5는 상기 헤드의 노즐 플레이트를 보여주는 설계도이고,
도 6은 도 5의 A-A 라인의 단면도이며,
도 7은 본 발명의 헤드의 다른 실시예의 노즐 플레이트를 보여주는 설계도이며,
도 8은 본 발명의 제2실시예의 액체 방울 토출 헤드를 보여주는 단면도이고,
도 9는 본 발명의 제3실시예의 액체 방울 토출 헤드를 보여주는 단면도이고,
도 10은 제1발수층과 제2발수층 사이의 발수성의 관계를 보여주는 다이아그램이고,
도 11은 제1 발수층의 발수성이 제2발수층의 발수성보다 클 때의 도 10의 B 부의 확대도이며,
도 12는 제2발수층의 발수성이 제1발수층의 발수성보다 클 때의 도 10의 B 부의 확대도이며,
도 13은 본 발명의 제3실시예의 액체 방울 토출 헤드를 보여주는 단면도이며,
도 14는 도 13의 C부분의 확대도이고,
도 15는 본 발명의 이미지 형성 장치 실시예를 보여주는 전체 구조도이며,
도 16은 본 발명의 이미지 형성 장치의 필수 부분을 보여주는 설계도이고,
도 17은 본 발명의 다른 실시예의 액체 방울 토출 헤드의 필수 부분을 보여주는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 개시된 실시예에 의해 본 발명이 특별히 제한되지 않는다 .
(조제예 1)
- 구리 프탈로시아닌 안료를 함유한 폴리머 미립자 분산액의 제조-
구리 프탈로시아닌 안료를 함유한 폴리머 미립자 분산액의 제조를 위해, 기계 교반기, 온도계, 질소 가스 도입관, 환류관 및 적하 깔때기를 갖춘 1L의 플라스크 내에서 공기를 질소 가스로 충분히 치환한 후; 스티렌 11. 2 g, 아크릴산 2.8 g, 라우릴 메타크릴레이트 12.Og, 폴리에틸레ㅌ 글리콜 메타크릴레이트 4.Og, 스티렌 매크로머(토아고세이 사, 상품명 : AS-6) 4.0g 및 메르캅토에탄올 0.4g을 1L 플라스크 내에 투입하고; 65℃까지 승온하였다. 다음으로 스티렌 100.8 g, 아크릴산 25.2 g, 라우릴 메타크릴레이트 108.0g, 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트 36.Og, 히드록시 에틸 메타크릴레이트 60.Og, 스티렌 매크로머(토아고세이 사, 상품명 : AS-6) 36.Og, 메르캅토 에탄올 3.6g, 아조비스디메틸발레로나이트릴 2.4 g 및 메틸 에틸 케톤 18 g의 혼합 용액을 1L 플라스크 내에 2.5시간 걸쳐 적하하였다.
적하 종료 후, 아조비스디메틸발레로나이크릴 0.8g 및 메틸 에틸 케톤 18 g의 혼합 용액을 1L 플라스크 내에 0.5시간 걸쳐 적하하였다. 그 결과 생성된 용액을 65℃에서 1 시간 숙성한 후, 그 용액에 아조비스디메틸발레로나이트릴 0.8g를 첨가하고, 1시간 더 숙성하였다. 반응 종료 후, 1L 플라스크 내에 메틸 에틸 케톤 364 g를 첨가하였다. 그 결과 농도가 50질량%인 폴리머 용액 800 g를 수득하게 된다. 상기 수득된 폴리머 용액의 일부를 건조한 후, 겔 침투 크로마트그라피(표준 : 폴리스틸렌, 용매 : 테트라 히드로퓨란)로 중량 평균 분자량을 측정하였다. 중량 평균 분자량(Mw)은 15,000이었다.
다음으로, 수득된 폴리머 용액 28 g, 구리 프탈로시아닌 안료 26 g, 1 mol /L 수산화칼륨 수용액 13.6 g, 메틸 에틸 케톤 20 g 및 이온 교환 물 30 g를 혼합한 후, 충분히 교반한다. 그 결과 생성된 물질을 트리플 롤 밀(주식회사 노리타카, 상품명 : NR－84 A)을 이용해 20회 혼련하였다.
수득한 반죽(paste)을 이온 교환 물 200 g에 투입하고, 교반하였다. 용액 내의 메틸 에틸 케톤 및 물을 증류기를 이용하여 증류시켜 제거하였다. 그 결과 남색의 폴리머 미립자 분산액 160g을 얻었다. 폴리머 미립자 분산액의 고형분 함량은 20.0중량%이다.
상기 폴리머 미립자 분산액 내의 폴리머 미립자의 평균 입자 지름(D50%)을 입도 분포 측정 장치(Microtrac UPA, 닛키소 주식회사)로 측정하였다. 평균 입자 지름(D50%)은 93nm였다.
(조제예 2)
－디메틸 퀴나크리돈 안료를 함유한 폴리머 미립자 분산액의 제조-
구리 프탈로시아닌 안료 대신 C.I 안료 레드 122를 사용한 것을 제외하고는 조제예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 붉은 색을 갖는 폴리머 미립자 분산액을 제조하였다.
상기 폴리머 미립자 분산액 내의 폴리머 미립자의 평균 입자 지름(D50%)을 입도 분포 측정 장치(Microtrac UPA, 닛키소 주식회사)로 측정하였다. 평균 입자 지름(D50%)은 127nm였다.
(조제예 3)
－모노아조 엘로우 안료를 함유한 폴리머 미립자 분산액의 제조-
구리 프탈로시아닌 안료 대신 C.I 안료 엘로우 74를 사용한 것을 제외하고는 조제예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 노란 색을 갖는 폴리머 미립자 분산액을 제조하였다.
상기 폴리머 미립자 분산액 내의 폴리머 미립자의 평균 입자 지름(D50%)을 입도 분포 측정 장치(Microtrac UPA, 닛키소 주식회사)로 측정하였다. 평균 입자 지름(D50%)은 76nm였다.
(조제예 4)
－술폰화제 처리한 카본 블랙의 분산액 제조-
카본 블랙 분산액을 제조하기 위해, 시판되는 카본 블랙 안료 150g(Printex #85, Degussa)을 술포란 400mL에 혼합하고; 상기 용액을 비드 몰(bead mall)로 마이크로-분산시키고; 아미도술폰산 15g을 상기 용액에 첨가하였다; 그런 다음, 상기 용액을 140 -150℃에서 10시간동안 교반하였다. 얻어진 슬러리를 이온-교환수 1000ml에 넣고, 상기 용액을 12,000rpm으로 원심분리한다. 그 결과 표면-처리된 카본 블랙 습윤 케이크를 얻었다. 얻어진 카본 블랙 습윤 케이크를 이온-교환 수 2,000ml에서 재분산시키고; 상기 용액의 pH를 수산화리튬으로 적정하고; 그 용액을 울트라필터를 사용하여 탈염/농축한다; 그 다음에 상기 용액을 평균 구멍 지름 1 ㎛를 갖는 나일론 필터로 여과한다. 그 결과 안료 농도 10 중량% 농도의 블랙 카본 분산액이 얻어진다;
상기 카본 블랙 분산액 내의 미립자의 평균 입자 지름(D50%)을 입도 분포 측정 장치(Microtrac UPA, 닛키소 주식회사)로 측정하였다. 평균 입자 지름은 80nm였다.
(제조 예 1)
－남색 잉크의 제조-
남색 잉크를 제조하기 위해, 상기 조제예 1에 의해 제조된 구리프탈로시아닌 안료를 함유한 폴리머 미립자 분산액 20.0중량%, 3-메틸-1,3－부탄디올 23.0 중량%, 글리세린 8.0중량%, 2-에틸-1, 3－헥산디올 2.0 중량%, 플루오르계 계면활성제로 사용되는 FS－300(DuPont 사) 2.5중량%, 방부제 또는 살균제로 사용되는 프록셀 LV(아베시아 사) 0.2 중량%, 2－아미노-2－에틸-1, 3－프로판디올 0.5 중량% 및 적당한 양의 이온 교환수를 혼합(총 100중량%)하고; 그리고 상기 혼합물을 평균 구멍 지름 0.8㎛를 갖는 멤브레인 필터를 사용하여 여과하였다.
(제조 예 2)
-붉은 색 잉크 제조-
붉은 색 잉크를 제조하기 위해, 조제예 2에 의해 제조된 디메틸 퀴나크리돈 안료를 함유하는 폴리머 미립자 분산액 20 중량%, 3－메틸-1,3－부탄디올 22.5 중 량%, 글리세린 9.0 중량%, 2－에틸-1, 3－헥산디올 2.0 중량%, 플루오르계 계면활성제로 사용되는 FS－300(DuPont 사) 2.5 중량%, 방부제 또는 살균제로 사용되는 프록셀 LV(아베시아 사) 0.2 중량%, 2－아미노-2－에틸-1, 3－프로판디올 0.5 중량% 및 적당한 양의 이온 교환수를 혼합(총 100중량%)하고; 그리고 상기 혼합물을 평균 구멍 지름 0.8㎛를 갖는 멤브레인 필터를 사용하여 여과하였다.
(제조 예 3)
-노란 색 잉크 제조-
노란 색 잉크를 제조하기 위해, 조제예 3에 의해 제조된 모노아조 엘로우 안료를 함유하는 폴리머 미립자 분산액 20 중량%, 3－메틸-1,3－부탄디올 24.5 중량%, 글리세린 8.0 중량%, 2－에틸-1, 3－헥산디올 2.0 중량%, 플루오르계 계면활성제로 사용되는 FS－300(DuPont 사) 2.5 중량%, 방부제 또는 살균제로 사용되는 프록셀 LV(아베시아 사) 0.2 중량%, 2－아미노-2－메틸-1, 3－프로판디올 0.5 중량% 및 적당한 양의 이온 교환수를 혼합(총 100중량%)하고; 그리고 상기 혼합물을 평균 구멍 지름 0.8㎛를 갖는 멤브레인 필터를 사용하여 여과하였다.
(제조 예 4)
－블랙 잉크의 제조-
블랙 잉크를 제조하기 위해, 조제예 4에 의해 제조된 카본 블랙 분산액 20 중량%, 3-메틸-1,3-부탄디올 22.5 중량%, 글리세린 7.5 중량%, 2-피롤리돈 2.0 중 량%, 2-에틸-1,3-헥산디올 2.0중량%, 플루오르계 계면활성제로 사용되는 FS－300(DuPont 사) 2.5 중량%, 방부제 또는 살균제로 사용되는 프록셀 LV(아베시아 사) 0.2 중량%, 2－아미노-2－메틸-1, 3－프로판디올 0.5 중량% 및 적당한 양의 이온 교환수를 혼합(총 100중량%)하고; 그리고 상기 혼합물을 평균 구멍 지름 0.8㎛를 갖는 멤브레인 필터를 사용하여 여과하였다.
상기 제조예 1 내지 4에 의해 제조된 잉크의 표면 장력 및 점도를 하기한 바와 같이 측정하였다. 결과는 하기 표1에 나타나있다.
＜점도의 측정＞
상기 잉크들의 점도를 25℃에서 Toki Sangyo사의 R-500 점도계(원추구 1°34′×R24, 60 rpm, 3 분후)로 측정하였다.
＜표면장력의 측정＞
잉크의 정적 표면장력을 25℃에서 백금 평판을 사용하여, 표면장력 측정 장치(쿄와 계면 과학 주식회사, CBVP－Z)로 측정하였다.
점도(mPa·s) 표면 장력(mN/m)
제조예 1 8.05 25.4
제조예 2 8.09 25.4
제조예 3 8.11 25.7
제조예 4 8.24 25.4
- 베이스 물질 1의 제조-
평량 79g/m2을 갖는 베이스 물질을 하기 식의 물질로 만들어진 0.3중량% 슬러리로부터 포드리니어(fourdrinier)를 사용하여 제조한다. 제지 공정의 사이즈 프레스 단계에서, 산화 전분 용액을 상기 베이스 물질에 적용한다. 베이스 물질 상의 상기 고형분 함량은 1.0g/m2이다.
활엽구 표백 펄프(LBKP) 80중량%,
침엽수 표백 펄프(NBKP) 20중량%,
경질 탄산 칼슘(상품명 : TP-121. 오쿠타마 코조 사) 10중량%,
황산 알루미늄 1.0 중량%,
양친성 전분(상품명:Cato3210, 일본 NSC 사) 1.0 중량%
중성 로진 사이즈(상품명:NeuSize M-10, 하리마 화학사) 0.3 중량%,
유지 보조제(상품명 : NR-11LS, HYMO 주식회사) 0.02 중량%
(제조 예 1)
-기록 매체 1 제조-
안료로 사용되는 97 중량%의 입자가 2㎛이하의 지름을 갖는 진흙 70중량%; 평균 입자 지름 1.1㎛를 갖는 중질 탄산 칼슘 20 중량%; -5 ℃의 유리 전이 온도를 가지며, 접착제로 사용되는 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 8중량% ; 포스포릭 에스테르화된 전분 1중량%; 보조제로 사용되는 칼슘 스테아레이트 0.5 중량% 및 물을 혼합함으로써, 고형분 농도가 60중량%인 코팅액을 제조하였다.
기록 매체 1을 제조하기 위해, 상기에서 얻어진 코팅액을 양면에 코팅액의 고형분이 8g/m2 부착되도록 블레이드 코팅기를 이용하여 베이스 물질의 양면에 적용하고; 상기 베이스 물질을 열풍 건조하고, 슈퍼칼렌더드 처리한다.
(제조 예 2)
-기록 매체 2의 제조-
안료로 사용되는 97 중량%의 입자가 2㎛이하의 지름을 갖는 진흙 70중량%; 평균 입자 지름 1.1㎛를 갖는 중질 탄산 칼슘 30 중량%; -5 ℃의 유리 전이 온도를 가지며, 접착제로 사용되는 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 7중량% ; 포스포릭 에스테르화된 전분 0.7중량%; 보조제로 사용되는 칼슘 스테아레이트 0.5 중량%; 및 물을 혼합함으로써, 고형분 농도가 60중량%인 코팅액을 제조하였다.
기록 매체 2을 제조하기 위해, 상기에서 얻어진 코팅액을 양면에 코팅액의 고형분이 8g/m2 부착되도록 블레이드 코팅기를 이용하여 베이스 물질의 양면에 적용하고; 상기 베이스 물질을 열풍 건조하고, 슈퍼칼렌더드 처리한다.
(제1실시예)
－잉크 세트, 기록 매체 및 화상 기록-
종래의 방법에 따라, 제조예 1의 의해 제조된 남색 잉크, 제조예 2에 의해 제조된 붉은색 잉크, 제조예 3에 의해 제조된 노란색 잉크 및 제조예 4에 의해 제조된 블랙잉크로 구성된 잉크 세트 1을 제조한다.
본 발명의 실시예에 따라 기록 매체 1 위에 잉크 세트 1(가장 큰 잉크 방울 크기 : 18pl)을 가지며, 노즐 해상도 384를 갖는 노즐을 갖춘 300dpi 방울 즉시 응답 프로토형 프린터 장비를 이용하여 이미지 해상도 600dpi로 화상을 인쇄한다.
제2칼라에 대한 면적당 총 잉크의 양은 140%로 제한하였고, 솔리드-컬러 이미지 및 문자를 형성하였다.
(실시예 2)
－잉크 세트, 기록 용 미디어, 및 화상 기록-
기록 매체로 기록 매체 2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 화상을 형성하였다.
(실시예 3)
－잉크 세트, 기록 용 미디어, 및 화상 기록-
시판되는 그라비어 인쇄용 코팅지(상품명 : Space DX, 평량 56g/m2, 일본 제지 주식회사)(이하 기록 매체 3이라 한다)를 사용한 것을 제외하고는 제1실시예와 동일한 방법으로 화상을 형성하였다.
기록매체 1, 기록 매체 2, 기록 매체 3 각각에 있어서, 전사된 순수한 물의 양과 전사된 제조예 1에 의해 제조된 남색 잉크의 양을 동적 주사 흡수계를 이용하여 하기와 같이 측정하였다. 그 결과가 표 2에 나타나있다.
＜동적 주사 흡수계에 의한 순수 및 시안 잉크의 전이 양의 측정＞
각 기록용 매체에 있어서, 동적 주사 흡수계(K350 시리즈 D형, 쿄와 주식회사)를 이용해, 25℃, 50%RH에서, 순수 또는 남색 잉크의 전사 양을 측정하였다. 접촉 시간 100 ms 및 접촉 시간 400 ms에 있어서의 순수한 물과 남색 잉크의 전사량은 각각의 접촉 시간의 근린의 접촉 시간에 있어서의 전이 양의 측정치로부터 보정하여 얻어졌다.
순수한 물 제조예1로 제조된 잉크 (r=25)
접촉 시간 100ms 접촉 시간 400ms 접촉시간 100ms 접촉 시간 400ms
제1실시예 기록매체1 10.1ml/m2 20.2ml/m2 7.2ml/m2 14.8ml/m2
제2실시예 기록매체2 25.2ml/m2 28.5ml/m2 14.6ml/m2 19.4ml/m2
제3실시예 기록매체3 10.4ml/m2 21.8ml/m2 6.4ml/m2 8.8ml/m2
다음에, 얻을 수 있던 실시예 1~3의 각 화상 프린트에 대해, 비딩(beading), 브리드(bleeding), 돌기 자국(spur mark) 및 광택 감을 평가 했다. 결과는 표 3에 나타내었다.
<비딩>
인쇄된 그린 솔리드 컬러 화상을 육안으로 관찰하여 하기 평가 기준에 따라측정한다.
[평가 기준]
AA: 비드 발생이 없고, 균일한 화상이다.
BB:비드가 약간 관찰된다.
CC:비드가 분명하게 관찰된다.
DD:과량의 비드가 관찰된다.
＜브리드의 평가＞
인쇄된 검정 문자의 브리딩 정도를 노란색 배경에서 하기 평가 기준에 따라 육안으로 관찰하여 측정하였다.
〔평가기준〕
AA：브리드의 발생 없고 선명한 인쇄이다.
BB：희미하게 브리드의 발생이 관찰된다.
CC: 브리드가 분명하게 관찰된다.
DD: 과도한 브리드가 관찰되고, 문자의 외곽선이 희미하다.
＜돌기 자국＞
인쇄된 화상에서 돌기 자국 정도를 하기 평가 기준에 따라 육안으로 관찰하여 측정하였다.
〔평가기준〕
AA : 돌기 자국이 관찰되지 않는다.
BB：희미하게 돌기 자국이 관찰된다.
CC: 돌기 자국이 분명하게 관찰된다.
DD: 과도한 돌기 자국이 관찰되고, 문자의 외곽선이 희미하다.
＜광택도＞
인쇄된 화상들의 광택도를 하기 평가 기준에 따라 육안으로 관찰하여 측정하였다.
〔평가기준〕
AA : 화상이 고광택이다.
BB : 화상에 광택이 있다.
CC : 화상에 광택이 없다.
비딩 브리딩 돌기 자국 광택
제1실시예 BB BB BB BB
제2실시예 AA AA AA BB
제3실시예 BB BB BB AA
본 발명은 상기 특별히 기재한 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 변형 및 수정될 수 있다.
본 발명은 여기에 전체 명세서가 참조로 첨부된 2005년 11월 11일에 제출된 일본 우선권 특허 No. 2005-327318 및 2006년 2월 1일에 제출된 No. 2006-025042에 기초하고 있다.

Claims (27)

  1. 기록 액체의 액체 방울을 분사하는 노즐,
    노즐과 통신적으로 연결되어 있는 액체 챔버 및
    액체 챔버 내의 기록 액체를 가압하는 구동 수단을 포함하며,
    상기 기록 액체가 배지 않도록 하는 발수 처리 공정이 상기 노즐을 형성하는 노즐 형성 부재의 표면 상에 제공되며, 그리고, 상기 노즐 형성 부재의 외주(outer circumferential) 부의 발수성이 노즐 형성 부의 발수성보다 상대적으로 높도록 상기 노즐 형성 부재의 외주 부의 발수 공정과 상기 노즐 형성 부재의 노즐 형성부의 표면 상의 발수 공정이 다르게 수행되는 액체 방울 토출 헤드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 형성 부재의 외주 부의 모서리 부분은 발수성을 갖는 수지 성분으로 형성된 보호 성분으로 덮혀있는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 형성 부재의 외주 부는 노즐 커버로 덮혀 있고, 상기 노즐커버 상에 발수공정이 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노즐 커버의 안쪽 및 바깥 쪽의 양면 모두에 발수 공정이 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 형성 부재의 노즐 형성 부에 실리콘 수지를 함유한 발수 공정이 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 형성 부재의 외주 부에 플루오르를 함유한 비결정 물질을 함유하는 발수 공정을 제공하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액체 방울 토출 헤드는 액체 방울의 분사 방향과 기록 액체의 흐름 경로의 방향이 다른 사이드 슈터 매카니즘인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 헤드.
  9. 기록 액체의 액체 방울이 토출되는 기록 헤드를 구비하며,
    상기 기록 헤드는 청구항 1의 액체 방울 토출 헤드인 이미지 형성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기록 액체는 안료를 포함하는 잉크인 이미지 형성 장치.
  11. 청구항 1의 액체 방울 토출 헤드를 구비한 액체 방울 토출 장치.
  12. 청구항 1의 액체 방울 토출 헤드로부터 기록 액체의 액체 방울이 분사되고, 기록 매체 위에 기록이 이루어지는 기록 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체는 베이스 물질 및 상기 베이스 물질의 표면 상의 적어도 하나의 코팅층으로 이루어지는 기록 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기록방법은 섭씨 23도 및 50% RH(Relative Humidity)의 외부 환경에서 동적 주사 흡수계(dynamic scanning absorptometer)로 측정된 100ms의 접촉 시간동안 기록 매체로 전사된 상기 기록 액체의 양이 2 내지 40ml/m2이고, 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 환경에서 동적 주사 흡수계(dynamic scanning absorptometer)로 측정된 400ms의 접촉시간동안 기록 매체로 전사된 상기 기록 액체의 양이 3 내지 50ml/m2인 기록 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 기록 방법은 섭씨 23도 및 50% RH(Relative Humidity)의 외부 환경에서 동적 주사 흡수계(dynamic scanning absorptometer)로 측정된 100ms의 접촉 시간동안 기록 매체로 전사된 순수한 물의 양이 2 내지 45ml/m2이고, 섭씨 23도 및 50% RH의 외부 환경에서 동적 주사 흡수계(dynamic scanning absorptometer)로 측정된 400ms의 접촉 시간동안 기록 매체로 전사된 순수한 물의 양이 3 내지 50ml/m2인 기록방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체는 적어도 하나의 베이스 물질 및 코팅층으로 이루어지고, 상기 코팅층의 고형분 함량은 0.5 내지 20g/m2인 기록 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체의 평량(grammage)은 50 내지 250g/m2인 기록 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 기록매체는 슈퍼칼렌더드(supercalendered) 처리된 기록 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체는 안료로 카올린(kaolin)을 함유하는 기록 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체는 안료로 중질탄산칼슘(heavy calcium carbonate)를 포함하는 기록 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 기록 매체는 수성 수지(water-based resin)를 함유하는 기록 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 수성 수지(water-based resin)는 수용성 수지 또는 물-분산성 수지인 기록 방법.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 기록 액체는 적어도 물, 착색제 및 습윤제를 포함하는 기록 방법.
  24. 제12항에 있어서,
    섭씨 25도에서 상기 기록 액체의 표면 장력은 15 내지 40mN/m인 기록 방법.
  25. 제12항에 있어서,
    상기 기록 액체는 분산성 착색제를 포함하고,
    상기 분산성 착색제의 평균 입자 직경은 0.01 내지 0.16㎛사이인 기록 방법.
  26. 제12항에 있어서,
    섭씨 25도에서의 상기 기록 액체의 점도는 1 내지 30mPa·sec 사이인 기록 방법.
  27. 제12항에 있어서,
    상기 기록 액체는 플루오르화된 계면 활성제를 함유하는 기록 방법.
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