KR19980018289A - 액체 조성물 및 잉크를 병용하는 잉크 제트 기록 방법 - Google Patents

액체 조성물 및 잉크를 병용하는 잉크 제트 기록 방법 Download PDF

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Abstract

중량 평균 분자량이 400∼1,400의 범위에 있는 양이온성 중합체를 함유하는 액체 조성물과, 칼라 잉크를 병용하여, 1 도트 당의 잉크 토출 체적이 2∼25 pl인 기록 헤드로부터 상기 액체 조성물 및 잉크를 토출시키는, 기록 매체에 칼라 화상을 형성하는 잉크 제트 기록 방법이 제공되어 있다.

Description

액체 조성물 및 잉크를 병용하는 잉크 제트 기록 방법
본 발명은 액체 조성물 및 잉크 (칼라 잉크)를 병용하여 행하는 잉크 제트 기록 방법에 관한 것이다. 보다 구제적으로는, 액체 조성물과 잉크 (칼라 잉크)를 기록 매체 (예를 들면, 보통지)에 도포하여 내수성이 있고 칼라 블리딩의 현상을 덜 일으키는 칼라 화상을 형성시키는, 액체 조성물과 잉크 (칼라 잉크)를 병용하는 잉크 제트 기록 방법에 관한 것이다.
잉크 제트 기록 방법은 잉크의 소적을 토출시켜 종이 등의 기록 매체에 잉크를 부착시켜 기록하는 것이다. 특히, 일본 특허 공개 소61-59911호, 소61-59912호 및 소61-59914호에 개시된 바와 같이, 토출 에너지 공급 수단으로서 전기열 변환체를 사용하여 열 에너지를 잉크에 부여함으로써 기포를 형성시키고 액적을 토출하는 방식의 잉크 제트 기록 방법에서는 기록 헤드의 고밀도 멀티-오리파이스화를 용이하게 구현시켜 고해상도 및 고품위 화상을 고속으로 기록할 수 있다.
그러나, 종래의 잉크 제트 기록 방법에서 사용되는 잉크는 물을 주성분으로 하며, 건조 방지와 오리파이스 막힘 방지 등의 목적으로 글리콜과 같은 수용성 고비점 용매가 함유된 잉크가 일반적이다. 이러한 잉크를 사용하여 기록 매체 상에 기록을 행하는 경우 충분한 정착성을 획득할 수 없거나, 또는 기록 매체 표면에서 충전제 (filler)와 사이징제 (sizing agent)의 불균일한 분배로 인한 것으로 추정되는 불균일 화상이 발생하는 등의 문제를 일으켰다. 특히 칼라 화상을 얻는 경우에는 특정한 색의 잉크가 기록 매체에 고정되기 전에 복수의 칼라 잉크를 기록 매체에 연속적으로 포갬으로써 다른 색의 화상의 경계 부분에서 색이 번지거나 불균일하게 혼합될 수 있어 (이하에서는 이 현상을 블리딩 (bleeding)으로 명명함) 만족스러운 화상을 얻기가 어렵다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 극복하고 정착성을 개선시키기 위한 수단으로서, 일본 특허 공개 소55-65269호에는 계면 활성제와 같이 침투성을 증가시킬 수 있는 화합물을 잉크에 첨가하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 소55-66976호에는 휘발성 용매를 주성분으로하는 잉크를 사용하는 것이 개시되어 있다. 잉크 중에 계면 활성제 등을 첨가하는 전자의 방법에서는, 기록 매체로의 잉크 침투성을 증가시켜 잉크의 정착성과 블리딩을 어느 정도 개선 및 방지할 수 있다. 그러나 잉크 중의 착색 물질도 기록 매체 깊숙히 침투하여 화상 농도 및 채도를 저하시키는 등의 어려움을 발생시킨다. 추가로, 이는 잉크가 측방향으로 번지도록하여 그 결과, 도트의 가장자리 선명도를 저하시키고 해상도를 낮추는 결과를 낳을 수 있다. 휘발성 용매를 주성분으로 하는 잉크를 사용하는 후자의 방법에서는, 전자의 방법에서 발생한 어려움 뿐만 아니라 기록 헤드의 노즐에서 용매의 증발로 인한 막힘이 원치않게 발생하는 경향이 있다.
그러한 문제를 극복하기 위해, 잉크가 토출되기 전에 화상을 양호하게 하는 액체를 기록 매체에 미리 도포시키는 방법이 제안되었다. 예를 들면, 일본 특허 공개 소58-128862호에서는, 잉크의 정착성을 개선시킬 수 있는 액체를 잉크 토출 헤드와 별도의 기록 헤드를 사용하여 잉크 기록 위치에 겹쳐 도포시키는 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 공개 소63-60783호에는, 염기성 중합체를 함유하는 액체를 도포한 후 음이온성 염료를 도포하는 기록 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 소63-22681호에도 먼저 반응성 화학종을 함유한 액체 및 반응성 화학종과 반응할 수 있는 화합물을 함유한 액체를 기록 매체 상에서 혼합시키는 기록 방법이 개시되어 있다. 추가로, 일본 특허 공개 소63-299971호에는 분자 1 개당 2 개 이상의 양이온성 기를 갖는 유기 화합물을 함유한 액체를 기록 매체에 도포한 후 음이온성 염료를 함유한 잉크를 사용하여 기록하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 소64-9279에서도 숙신산 등을 함유한 산성 액체를 기록 매체 상으로 도포한 후, 음이온성 염료를 함유한 잉크를 사용하여 기록하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 소64-63185호에도 염료를 응집 불용화시킬 수 있는 양이온성 중합체를 함유하는 액체를, 잉크를 도포하기 전에 기록 매체에 도포하는 방법이 개시되어 있다.
반면에 화상을 고도로 정밀하게 하는 수단으로서 각종 방법이 제안되어 왔다. 잉크 제트 기록의 해상도를 향상시키는 위해, 기록 헤드의 1 도트당 잉크 토출 체적을 종래보다 작게 하는 방법이 주류가 되고 있다. 예를 들어 해상도에 관해서라면, 이를 통해 300 dpi와 360 dpi에서 600 dpi, 720 dpi로 개선되어 해상도를 더 높게 개선시켰다. 이와 동시에, 1 도트당 잉크 토출 체적에 관해서는, 토출 체적이 40 pl, 25pl 및 그 이하의 기록 헤드의 개발이 계속되고 있다.
이런 상황 하에서, 상기한 바와 같이 잉크와 다른 액체 조성물을, 잉크 제트 기록 헤드를 사용하여 잉크 기록 위치에 부여함으로써 기록 매체 상의 잉크 제트 화상의 각종 성능을 향상시킬 수 있는 보통지 칼라 기록 기술에서는, 잉크 중의 염료 또는 안료를 응집시키는 액체 조성물의 주파수 특성, 토출 안정성 및 내구성 뿐만 아니라 막힘을 거의 일으키지 않는 성질 (이하의 본 발명에서는 내고착성으로 명명함) 및 일정 기간의 기록 휴지 후에 필요한 토출 안정성 (본 발명에서는 스타트업 특성으로 명명함) 등의 신뢰성을 더욱 향상시키는 방향이 모색되고 있다.
그러나, 종래 기술에서 개시된 바와 같이 잉크 중에 염료 또는 안료 등의 착색 물질을 응집시키는 액체 조성물 중에 사용되는 성분, 예를 들면 양이온성 중합체를 상기한 바와 같이 1 도트당 잉크 토출 체적이 예를 들면, 2 내지 25 pl로, 1 도트당 잉크 토출 체적이 작은 고정밀 기록용 기록 헤드에 적용시키는 경우, 상기 액체 조성물의 주파수 특성, 토출 안정성, 내구성, 내고착성 및 스타트업 특성 등의 신뢰성을 만족시키기가 어려웠다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 1 도트당 잉크 토출 체적이 작은, 예를 들면 1 도트당 잉크 토출 체적이 2 내지 25 pl (피코리터)인 기록 헤드를 사용하는 경우, 주파수 특성, 토출 안정성, 내구성, 내고착성 및 스타트업 특성 등의 신뢰성을 만족시킬 수 있는 액체 조성물을 잉크와 병용하여 수행하는 잉크 제트 기록 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은 하기한 본 발명으로 달성할 수 있다.
즉, 본 발명은 중량 평균 분자량이 400∼1,400의 범위에 있는 양이온성 중합체를 함유하는 액체 조성물과, 칼라 잉크를 병용하여, 1 도트 당의 잉크 토출 체적이 2∼25 pl (피코리터)인 기록 헤드로부터 상기 액체 조성물 및 잉크를 토출시키는, 기록 매체에 칼라 화상을 형성하는 잉크 제트 기록 방법을 제공한다.
도 1은 잉크 제트 기록장치의 헤드의 종단면도.
도 2는 잉크 제트 기록장치의 헤드의 횡단면도.
도 3은 도 1에서 나타낸 헤드를 멀티화한 헤드의 외관 투시도.
도 4는 잉크 제트 기록 장치의 일례를 나타낸 투시도.
도 5는 잉크 카트리지의 종단면도.
도 6은 기록 유닛의 일례를 나타낸 투시도.
도 7은 복수의 기록 헤드가 배열되어 있는 기록부를 나타낸 투시도.
도 8은 본 발명에서 사용되는 다른 기록 헤드의 투시도.
도 9는 기록 헤드의 제1 구성예.
도 10은 기록 헤드의 제2 구성예.
도 11은 기록 헤드의 제3 구성예.
도 12는 스타트업 (start-up) 특성 평가에서 사용되는 인자 패턴.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
13 : 헤드 14 : 잉크구
15 : 발열 헤드 16 : 보호막
17-1, 17-2 : 알루미늄 전극 18 : 발열 저항체 층
19 : 축열층 20 : 기판
21 : 잉크 22 : 토출 오리파이스 (미세공)
23 : 메니스커스 24 : 잉크 소적
25 : 기록 매체 26 : 채널
27 : 유리판 28 : 발열 헤드
40 : 잉크 주머니 42 : 마개
44 : 잉크 흡수체 45 : 잉크 카트리지
51 : 급지부 52 : 급지 롤러
53 : 배출 롤러 61 : 블레이드
62 : 캡 63: 잉크 흡수체
64 : 토출 회복부 65 : 기록 헤드
66 : 캐리지 67 : 가이드 축
68 : 모터 69 : 벨트
70 : 기록 유닛 71 : 헤드부
72 : 통기구 81 : 옐로우 이온 잉크 기록 헤드
82 : 마젠타 잉크 기록 헤드 83 : 시안 잉크 기록 헤드
84 : 블랙 잉크 기록 헤드 85 : 액체 조성물 기록 헤드
본 발명에 따라서, 특히, 1 도트당 토출 체적이 2 내지 25 pl인 기록 헤드를 사용하고, 양이온성 중합체를 함유한 액체 조성물과 착색 물질을 함유한 잉크를 병용하여 수행하는 기록 방법에서는, 중량 평균 분자량이 400 내지 1,400 범위의 양이온성 중합체를 함유한 액체 조성물을 사용함으로써, 기록 매체 상에서의 화상 농도, 화상 균일성, 칼라 블리딩 억제 및 화상의 내구성을 향상시키고 각종 신뢰성, 즉 토출 안정성 (주파수 특성), 토출 내구성, 스타트업 특성 및 내고착성 등을 만족시킬 수 있다.
이상의 본 발명에서 사용되는 액체 조성물이 상기한 바와 같이 현저한 효과를 보이는 이유가 명확하지는 않다. 액체 조성물 중의 양이온성 중합체와 잉크 중의 착색 물질 사이에 하기의 현상이 일어나, 그 결과 상기의 작용 효과가 유발되는 것으로 추정된다.
즉, 잉크로서 음이온성 기를 갖는 수용성 염료를 함유하는 잉크를 사용하는 경우, 상기의 액체 조성물 중의 양이온성 중합체의 저분자량 성분이 이온적 및 (또는) 분자적 상호작용에 의해 상기의 염료와 결합하여 용액상으로부터 염료의 분리가 일어나 염료의 응집체가 형성된다. 또한 음이온성 화합물을 함유한 안료 잉크의 경우에는, 액체 조성물 중의 양이온성 중합체의 저분자량 성분이 이온적 및 (또는) 분자적 상호작용에 의해 상기 안료와 결합하여 안료의 분산 파괴가 일어남으로써 안료의 응집체가 형성된다.
이어서, 염료의 응집체 또는 안료의 응집체가 액체 조성물 중의 양이온성 중합체의 고분자량 성분에 흡착되어 보다 큰 크기의 응집체를 형성함으로써, 이들 응집체가 종이 등의 기록 매체의 섬유 사이의 틈에 들어가 기록 매체 상의 염료 또는 안료의 이동도가 용매의 이동도보다 극히 작게 된다. 따라서, 이 반응이 극히 고속으로 일어나기 때문에, 상기의 잉크 제트 기록에 의한 고품위 화상을 형성할 수 있는 것으로 추정된다.
동시에, 상술한 바와 같은 메카니즘에 의해 생성된, 양이온성 중합체 및 음이온성 염료, 또는 안료 잉크 중의 음이온성 화합물 및 안료로 형성된 응집체 자체는 낮은 유동성을 가지고, 잉크의 액체 매체의 움직임과 동시에 이동하지 않는다. 그러므로, 전색 화상이 형성될 경우와 같이 인접한 도트가 다른 색의 잉크로 형성된다고 하여도, 그들은 서로 혼합되지 않고, 블리딩은 일어나지 않을 것이다. 또한 상기 응집체가 본질적으로 수불용성이므로, 형성된 화상은 아주 향상된 내수성을 가질 수 있다.
본 발명을 실시함에 있어서, 400 내지 1400의 중량 평균 분자량을 가지는 양이온성 중합체가 사용되므로, 그러한 양이온성 중합체를 함유하는 액체 조성물은 점성이 증가하지 않을 수 있다. 이는 액체 조성물이 잉크 제트 기록 헤드, 특히 온-디멘드 (On-Demand)형 써멀 잉크 제트 기록 헤드의 사용에 의해 기록 매체에 부착될 경우, 주파수 반응성, 안정한 토출 체적 및 안정한 토출 속도 등과 같은 토출 성능에 대해 유리하다. 또한, 착색 물질의 응집 또는 불용화를 위한 다가의 금속염을 사용하는 것이 불필요하므로 발열 헤드에서 발생할 수 있는 코게이션 (스코칭; scorching)의 문제가 생기지 않는 것과 같은 잇점이 있다. 이것은 본 발명에 따른 부가적 효과가 될 수 있다.
본 발명은 바람직한 양태를 제시함으로써 아래에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
우선 본 발명에서 사용되는 액체 조성물이 설명된다. 액체 조성물에 사용되는 양이온성 중합체로는, 400 내지 1400 범위내의 중량 평균 분자량을 가지는 양이온성 중합체를 사용한다. 그러한 양이온성 중합체를 함유하는 액체 조성물이 사용되는 한, 그것의 1 도트 당의 액체 토출 체적이 2 내지 25 pl인 작은 토출구 면적을 가지는 기록 헤드로 사용될 경우에도 전술된 것과 같은 다양한 신뢰성을 얻을 수 있다.
그에 대한 이유는 아래와 같다. 400 내지 1,400의 중량 평균 분자량을 가지는 양이온성 중합체는 아주 높은 수용성을 가지고 수성 중합체 용액의 낮은 점성 때문에 노즐 선단에서 물이 증발해도 액체 조성물은 노즐 선단에 고착되지 않으며, 또한 액체 조성물은 낮은 초기 점도 및 증발 점도를 가지도록 조절될 수 있다. 그 결과, 실제 사용할 때 내고착성, 토출 주파수 응답 특성, 스타트업 특성 등과 같은 신뢰성이 보장될 수 있다.
본 발명에 있어서, 양이온성 중합체는 상기 범위 내의 중량 평균 분자량을 가지지만, 이 중합체의 분자량 분포는 좁지 않을 수 있고, 비교적 낮은 분자량의 중합체 및 비교적 높은 분자량의 중합체를 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 그에 대한 이유는 앞서 설명된 것과 같다. 그런 상이한 분자량을 가지는 양이온성 중합체의 혼합물은, 혼합물의 분자량 분포가 GPC에 의해 측정되는 경우, 저분자의 영역 및 고분자의 영역과 같은 복수의 프랙션으로 나뉘어지는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 양이온성 중합체는 예를 들면, 폴리알릴아민, 폴리아민 술폰, 이들의 공중합체, 및 폴리비닐아민을 포함한다. 이들 중, 분자량 및 분자량 분포의 제어가 특히 용이한 폴리알릴아민이 본 발명에서 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 언급되는 중량 평균 분자량은 표준으로서 폴리에틸렌 글리콜을 사용한 GPC에 의해 측정된 중량 평균 분자량을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 액체 조성물은 상기된 양이온성 중합체를 수성 매체에 용해시킴으로써 제조한다. 수성 매체에서, 양이온성 중합체는 일반적으로 약 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 2 내지 6 중량%의 농도 범위에 있을 수 있다. 양이온성 중합체가 너무 높은 농도일 경우, 생성된 액체 조성물이 너무 높은 점성을 가질 수 있다. 반면에 양이온성 중합체가 너무 낮은 농도일 경우, 기록 매체상에서 화상의 내수성, 칼라 블리딩 억제능력 등이 만족스럽지 않을 수 있다.
양이온성 중합체가 용해되는 수성 매체는 물 및 수용성 유기 용매가 혼합된 용매일 수 있다. 물로서는, 다양한 이온을 함유하는 일반적인 용수가 아닌, 이온 교환수 (탈이온수)를 사용하는 것이 바람직하다.
물과의 혼합물로서 사용되는 수용성 유기 용매로는 예를 들면, 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, sec-부틸 알콜 및 t-부틸 알콜과 같이 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 알킬 알콜; 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 아미드; 아세톤 및 디아세톤 알콜과 같은 케톤 또는 케토-알콜; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜과 같이 알킬렌기가 2 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌 글리콜; 1,2,6-헥산트리올; 티오디글리콜; 글리세롤; 에틸렌 글리콜 모노메틸 또는 -에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸 또는 에틸 에테르 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 또는 -에틸 에테르와 같은 다가 알콜의 저급 알킬 에테르; 및 또한 N-메틸-2-피롤리돈, 2-피롤리돈, 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논이 있다. 이들 많은 수용성 유기 용매들 중에서, 디에틸렌 글리콜과 같은 다가 알콜 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 또는 -에틸 에테르와 같은 다가 알콜의 저급 알킬 에테르가 특히 바람직하다.
상기의 수용성 유기 용매는 일반적으로 액체 조성물의 총량 기준으로, 3 내지 50 중량%, 및 바람직하게는 3 내지 40 중량% 범위의 양으로 함유될 수 있다. 물은 액체 조성물의 총량 기준으로, 10 내지 90 중량%, 및 바람직하게는 30 내지 80 중량% 범위의 양으로 함유될 수 있다.
본 발명에서, 트리에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르와 같은 수용성 유기 용매가 0.5 내지 5 중량%의 비율로 액체 조성물에 사용될 경우 상기의 스타트업 성능이 보다 향상될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러한 수용성 유기 용매는 구체적으로 예를 들면, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 및 디에티렌 글리콜 모노에틸 에테르가 있다. 특히, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르가 더욱 바람직하다.
액체 조성물에서, 글리세롤은 폴리알릴아민과 같은 양이온성 중합체에 기인하는 내고착성을 향상시킬 목적으로 바람직하게 사용될 수 있다. 글리세롤은 액체 조성물의 총량 기준으로 2 내지 10 중량% 범위의 양으로 바람직하게 함유될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 액체 조성물에서, 8개 이상의 탄소 원자를 가지는 아민이 바람직하게 혼입될 수 있다. 아민 중에서, 4급 아민을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 비록 그 이유는 불분명하지만, 그러한 아민이 혼입된 경우, 잉크 제트 기록 장치내의 발열 헤드가 현저하게 긴 수명을 가지도록 제조될 수 있고, 장기간 동안 안정한 액체 조성물이 생성될 수 있으며 토출 안정성을 확보할 수 있다.
그러한 4급 아민은 예를 들면, 구체적으로 라우릴트리메틸암모늄 클로라이드, 라우릴디메틸벤질암모늄 클로라이드, 벤질트리부틸암모늄 클로라이드 및 염화벤잘코늄인 4급 암모늄염 형태의 화합물; 구체적으로 세틸 피리디늄 클로라이드 및 세틸 피리디늄 브로마이드인 피리디늄염 형태의 화합물이다. 이들 중에서, 염화벤잘코늄이 특히 바람직하다. 액체 조성물에서 4급 아민은 일반적으로 0.1 내지 5 중량%, 및 바람직하게는 0.2 내지 2 중량% 범위의 농도가 될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 액체 조성물은 바람직하게는 3 내지 11 범위의 pH, 더욱 바람직하게는 6 내지 9 범위의 pH를 가질 수 있다. 그러한 pH 범위를 제공하기 위해 사용되는 pH 조정제는 예를 들면, 아세트산, 염산, p-톨루엔술폰산, 락트산 및 프로피온산과 같은 산이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에서 사용되는 액체 조성물은 바람직하게 25 내지 50 dyn/cm, 및 더욱 바람직하게는 30 내지 40 dyn/cm의 범위의 표면 장력을 가진다. 또한 본 발명에서 사용되는 액체 조성물은 1.3 내지 5 cP (centi poise), 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3 cP의 범위의 점성을 가진다.
전술한 액체 조성물과 병용되는 본 발명에서의 착색 물질 함유 잉크에 관하여 하기에 설명한다.
본 발명에서 사용되는 잉크에서, 음이온성 기를 함유하는 수용성 염료를 착색 물질로서 사용하거나, 착색 물질로서 안료를 사용하는 경우에는, 안료와 배합시킨 음이온성 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 그와 같은 잉크에는 선택적으로 물, 수용성 유기 용매 및 그 외의 성분, 예를 들어, 점도 조정제, pH 조정제, 방부제, 계면 활성제 및 산화 방지제가 더 함유될 수 있다.
본 발명에서 사용되는, 음이온성 기를 가지는 수용성 염료로는 칼라 인덱스 (COLOUR INDEX)에 기재되어 있는 수용성의 산성 염료, 직접 염료 및 반응성 염료 중의 어느 하나일 수 있으며, 음이온성 기를 가지는 수용성 염료라면 특별한 한정은 없다. 칼라 인덱스에 기재되어 있지 않은 염료 역시, 음이온성 기, 예를 들어, 술폰기 또는 카르복실기를 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 여기서 언급된 수용성 염료 중에는 용해도가 pH에 의존성인 것을 당연히 포함한다.
상기와 같이 수용성 염료가 함유된 잉크에 함유시키는 수용성 유기 용매로는, 전술한 액체 조성물에 사용되는 수용성 유기 용매를 유사하게 사용할 수 있다. 그와 같은 수용성 유기 용매의 잉크 중의 함유량은 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 액체 조성물의 경우와 동일한 범위일 수 있다. 또한 잉크는 액체 조성물의 경우와 완전히 동일한 범위의 물성을 가질 수 있다. 그러나, 잉크의 표면 장력에 있어서, 바람직하게는 잉크의 표면 장력을 본 발명의 액체 조성물의 표면 장력보다 높게 만들 수 있기 때문에, 본 발명의 기록 방법을 몇몇 경우에 유효하게 실시할 수 있다. 이는, 양자의 표면 장력을 상기 방식으로 조정할 때, 인자 프로세스에서, 먼저 타입시킨 액체 조성물이, 나중에 타입시킨 잉크의 기록 매체 상에서의 습윤성을 균일하게 수득할 수 있는 효과를 발휘하기 때문이지만, 그 상세한 것은 알려져 있지 않다.
본 발명에서, 안료 함유 잉크를 사용할 경우, 염료 함유 잉크에 관해서 상기에서 설명했던 각종 성분 외에, 바람직하게는 음이온성 계면 활성제 또는 음이온성 중합체 물질과 같은 음이온성 화합물을 첨가할 수 있다. 양쪽성 계면 활성제를 그의 등전점 이상의 pH로 조정한 후 함유시킬 수 있다. 그와 같은 경우에 사용되는 음이온성 계면 활성제의 예로는, 바람직하게는 카르복실산 염 형, 황산 에스테르형, 술폰산 염 형 및 인산 에스테르 형을 포함하는, 일반적으로 사용되는 것 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 음이온성 중합체의 예로서, 알칼리 가용형의 수지, 구체적으로는, 폴리아크릴산 칼륨 또는 중합체의 일부로 아크릴산을 공중합하여 제조한 것 등을 포함할 수 있으나, 물론 그에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 잉크의 착색 물질로서 안료를 사용할 경우, 안료의 양은, 잉크 전체량에 대하여 중량비로서 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 내지 12 중량%의 범위에서 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 안료로는, 구체적으로, 블랙 잉크에 사용하는 것으로 카본 블랙이 있는데, 상기 카본 블랙은 예를 들어, 퍼니스 법 (furnace process) 또는 채널 법 (channel process)으로 제조한 것이다. 바람직하게는 1차 입자 직경이 15 내지 40 mμ, BET 법에 의한 비표면적이 50 내지 300 m2/g, DBP 흡유량 (吸油量)이 40 내지 150 ml/100 g, 휘발분이 0.5 내지 10 % 및 pH 치가 2 내지 9와 같은 특성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 그와 같은 특성을 가지는 시판품으로는, 예를 들어, No. 2300, No. 900, MCF88, No. 33, No. 40, No. 45, No. 52, MA7, MA8, 및 No. 2200B (이상 미쯔비시 가세이제), 라벤 (RAVEN) 1255 (이상 콜럼비안 카본 져팬 리미티드 (Columbian Carbon Japan Limited) 제), 리갈 (REGAL) 400R, 리갈 330R, 리갈 660R, 및 모굴 (MOGUL) L (이상 캐보트 코포레이션 (Cabot corporation) 제), 칼라 블랙 (COLOR BLACK) FW1, 칼라 블랙 FW18, 칼라 블랙 S170, 칼라 블랙 S150, 프린텍스 (PRINTEX) 35, 및 프린텍스 U (이상 데구사 저팬 (Degussa Japan) Co., Ltd. 제) 가 있으며, 바람직하게는 이 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
옐로우 잉크에 사용되는 안료로는, 예를 들어, C.I. 피그먼트 옐로우 1, C.I. 피그먼트 옐로우 2, C.I. 피그먼트 옐로우 3, C.I. 피그먼트 옐로우 13, C.I. 피그먼트 옐로우 16 및 C.I. 피그먼트 옐로우 83이 있다. 마젠타 잉크에 사용되는 안료로는, 예를 들어, C.I. 피그먼트 레드 5, C.I. 피그먼트 레드 7, C.I. 피그먼트 레드 12, C.I. 피그먼트 레드 48 (Ca), C.I. 피그먼트 레드 48 (Mn), C.I. 피그먼트 레드 57 (Ca), C.I. 피그먼트 112 및 C.I. 피그먼트 레드 122가 있다. 시안 잉크에 사용되는 안료로는, 예를 들어, C.I. 피그먼트 블루 1, C.I. 피그먼트 블루 2, C.I. 피그먼트 블루 3, C.I. 피그먼트 블루 15:3, C.I. 피그먼트 블루 16, C.I. 피그먼트 블루 22, C.I. 뱃 블루 4 및 C.I. 뱃 블루 6이 있다. 예들을 상기에 한정시키는 것은 전혀 아니다. 이상 외에, 본 발명을 위해 새롭게 제조한 안료를 사용할 가능성이 물론 있다.
안료를 사용하는 경우 잉크 중에 함유시키는 분산제로는, 수용성 수지 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 바람직하게는 중량 평균 분자량이 1000 내지 30000 범위의 것, 더 바람직하게는 3000 내지 15000 범위의 것을 사용한다. 그와 같은 분산제로는 구체적으로, 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐 나프탈렌, 비닐 나프탈렌 유도체, α,β-에틸렌성 불포화 카르복실산의 지방족 알콜 에스테르, 아크릴산, 아크릴산 유도체, 말레인산, 말레인산 유도체, 이타콘 산, 이타콘 산 유도체, 푸마르산, 푸마르산 유도체, 아세트산 비닐, 비닐 피롤리돈, 아크릴아미드, 및 그의 유도체, 또는 상기의 염들로부터 선택된 2종 이상의 단량체 (이 중 1종 이상이 친수성 단량체임)로 이루어진 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있다. 바람직하게는 로진, 셸락 및 전분과 같은 천연 수지를 또한 사용할 수 있다. 상기 수지는 염기를 용해시킨 수용액에 가용인 알칼리 가용형 수지이다. 바람직하게는 상기 안료 분산제로서 사용되는 수용성 수지의 어느 하나를 잉크 전체량에 대하여 0.1 내지 5 중량%의 범위로 함유할 수 있다.
안료 함유 잉크의 경우에는, 잉크 전체가 중성 또는 알칼리성으로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 안료 분산제로 사용되는 수용성 수지의 용해성을 향상시켜, 장기 보존 안정성이 훨씬 우수한 잉크를 수득할 수 있다. 바람직하게는 pH 7 내지 10의 범위로 조정할 수 있다.
그와 같은 조정에 사용되는 pH 조정제는, 예를 들어, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민과 같은 각종 유기 아민, 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨과 같은 알칼리 금속 수산화물 등의 무기 알칼리제와, 각종 유기산 및 광산일 수 있다.
상기에 기술한 안료 및 분산제를, 수성 매체중에 분산 또는 용해시킨다. 여기서, 안료 함유 잉크에 바람직하게 사용되는 수성 매체로는, 전술한 액체 조성물에 사용되는 수성 매체를 유사하게 사용할 수 있다. 수용성 유기 용매의 잉크 중의 함유량은 바람직하게는 액체 조성물의 함유량 범위와 동일할 수 있다. 또한 잉크의 물성 범위가 액체 조성물의 경우와 완전히 동일한 범위일 수 있다.
또한, 잉크의 표면 장력, 저급 알콜의 첨가 등에 대해서도, 염료 함유 잉크의 경우와 동일할 수 있다. 그러나, 저급 알콜의 첨가에 대해서는, 안료의 분산액에 용매를 첨가함으로써, 분산 처리시 발생하는 기포의 발생을 억제하여, 효율적으로 분산 처리를 실시할 수 있다.
안료 함유 잉크 중의 수용성 유기 용매의 함유량은, 일반적으로 잉크 전체량에 대하여 3 내지 50 중량%, 바람직하게는 3 내지 40 중량%의 범위일 수 있다. 물의 함유량은 잉크 전체량에 대하여 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 30 내지 80 중량%의 범위일 수 있다.
잉크중에 함유시킨 안료 분산제가 음이온성 화합물이 아닌 경우, 잉크에 음이온성 화합물을 더 첨가해야 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 바람직한 음이온성 화합물은 안료 분산제 항에서 설명했던 알칼리 가용성 수지와 같은 중합체 물질 외에, 저분자량의 음이온성 계면 활성제일 수 있다.
저분자량의 음이온성 계면 활성제의 구체적인 예로는, 술포숙신산 도데실 이나트륨, 술포숙신산 폴리옥시에틸렌 라우로일 에탄올아미드 이나트륨, 술포숙신산 폴리옥시에틸렌 알킬 이나트륨, 카르복실화 폴리옥시에틸렌 도데실 에테르 나트륨 염, 폴리옥실에틸렌 도데실 에테르 황산 나트륨, 폴리옥시에틸렌 도데실 에테르 황산 트리에탄올아민, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 황산 나트륨, 알킬 황산 나트륨 및 알킬 황산 트리에탄올아민 등을 포함할 수 있지만, 그에 한정시키는 것은 전혀 아니다.
상기한 음이온성 화합물들을 잉크의 총중량을 기준으로 바람직하게는 0.05 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%의 양으로 잉크 중에 함유할 수 있다.
상기 성분 외에, 본 발명에서 사용되는 안료를 함유하는 잉크에는 목적하는 물성을 얻기 위하여 임의로는 계면 활성제, 소포제, 방부제 등을 적절히 혼입할 수 있다. 상기 안료 외에, 수용성 염료 등을 착색 물질로서 적절히 가할 수 있다.
잉크 중에 가해지는 계면 활성제의 예로는 음이온성 계면 활성제, 예를 들어 지방산, 고급 알코올 술페이트, 액체 지방산 술페이트 및 알킬알릴 술포네이트; 및 비이온성 계면 활성제, 예를 들어 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄알킬에스테르, 아세틸렌 알코올 및 아세틸렌글리콜을 들 수 있는데, 상기 물질 중 하나 이상을 적절한 선별 하에 사용할 수 있다. 잉크의 총량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하고, 이는 잉크 중 혼입되는 분산제의 유형에 따라 변화될 수 있다. 이러한 경우, 계면 활성제의 양은 잉크가 30 dyn/㎝ 이상의 표면 장력을 갖도록 결정되는 것이 바람직할 수 있다. 이는 잉크의 표면 장력이 상기 값보다 작은 경우에, 본 발명에서 사용되는 잉크 제트 기록 방식에 의해 기록하는 것은 노즐 말단의 습윤화로 인한 불만족스러운 결과, 예를 들어 인쇄 편차 (잉크 액적 착탄점의 편차)를 초래할 수 있기 때문이다.
상기 안료를 함유하는 잉크는 하기와 같이 제조될 수 있다. 먼저, 적어도 분산제로서 수용성 수지 및 물을 함유하는 수성 매체에 안료를 첨가하고, 생성된 혼합물을 교반한 후, 하기 언급된 분산 수단을 이용하여 분산을 행하고, 임의로 원심분리처리를 행하여 목적하는 분산액을 얻는다. 다음으로, 상기 분산액에 사이징제 및 상기된 것들 중 적절히 선별된 첨가제 성분을 가하고, 교반시킴으로써 본 발명에서 사용되는 잉크를 형성한다.
분산제로서 알칼리 가용형 수지를 사용하는 경우에, 수지를 용해시키기 위하여 염기를 첨가하는 것이 요구된다. 이러한 경우에, 수지를 용해시키기 위한 아민 또는 염기의 양은 수지의 산가로부터 계산하여 구하는데, 아민 또는 염기의 양의 1배 이상을 첨가하는 것이 요구된다. 아민 또는 염기의 양은 하기 식에 의해 구한다.
아민 또는 염기의 양 (g) = (수지의 산가 × 아민 또는 염기의 분자량 × 수지량 (g))/5,600
또한, 안료를 함유하는 수용액을 분산 처리하기 전에, 예비 혼합을 30분 이상 동안 수행하여 분산 효율을 증가시킬 수 있다. 이 예비 혼합 작업은 안료 표면의 습윤성을 개선시키고, 안료 표면에 대한 분산제의 흡착을 촉진시킨다.
상기한 바와 같이 안료의 분산 처리때에 사용되는 분산 수단은 통상적으로 사용되는 임의의 분산기, 예를 들어 볼밀, 롤밀 및 샌드밀일 수 있다. 특히, 고속형의 샌드밀이 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 샌드밀에는 수퍼밀, 샌드그라인더, 비즈밀, 아지테이터밀, 그레인밀, 다이노밀, 펄밀 및 코볼밀 (모두 상품명)이 포함될 수 있다.
본 발명의 기록 방법에 사용되는 기록 매체에는 특별한 한정이 없다. 통상적으로 사용되는 복사용 종이 및 본드지 등의 소위 보통 종이가 바람직하게 사용될 수 있다. 물론, 잉크 제트 기록용으로 특별히 작성된 코팅지 또는 OHP용 투명 필름도 바람직하게 사용될 수 있다. 또한 통상의 상질지 (woodfree paper) 또는 광택지도 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 기록 방법에 바람직하게 사용될 수 있는 기록 장치는 하기에 설명될 것이다.
본 발명에서, 기록 헤드의 액체 조성물 (또는 잉크)에 기록 신호를 가하여 발생하는 열에너지에 의하여 잉크 액적을 토출하는 잉크 제트 기록 방식이 바람직하게 사용될 수 있다. 도 1, 2 및 3은 이러한 장치의 주요부인 기록 헤드의 구성을 도시한다.
도 1에서, 헤드 (13)은 잉크가 통과하는 구 (溝) (14)를 함유하는 유리, 세라믹 또는 플라스틱 판 등을 감열 기록에 사용되는 발열 헤드 (15) (도 1 및 2에는 예시적인 예가 도시되어 있으나, 본 발명이 그에 한정되지 않음)에 접착시킴으로써 얻는다. 발열 헤드 (15)는 산화실리콘 등으로 형성된 보호막 (16), 알루미늄 전극 (17-1) 및 (17-2), 니크롬 등으로 형성된 발열 저항체층 (18), 축열층 (19) 및 알루미나 등의 방열성이 우수한 기판 (20) 등으로 이루어진다.
잉크 (21)은 토출 오리파이스 (미세공) (22)까지 나오고, 압력 P에 의해 메니스커스 (23)을 형성한다.
여기서, 전기 신호를 전극 (17-1) 및 (17-2)로 가하는 경우, 발열 헤드 (15)의 n으로 표시된 영역에서 재빨리 열을 방출하여서 이 영역과 접촉하는 잉크 (21)에 기포를 발생시킨다. 잉크의 메니스커스 (23)은 생성된 압력의 작용에 의해 돌출되고, 잉크 (21)은 오리파이스 (22)로부터 잉크 소적 (24)의 형태로 기록 매체 (25)로 토출된다.
도 3에 도시된 다중 헤드는 도 1에 도시된 헤드와 유사하게 수많은 채널 (26)을 갖는 유리판 (27)을 발열 헤드 (28)에 밀착시킴으로써 형성된다.
도 1은 잉크 유로에 따른 헤드 (13)의 횡단면도이고, 도 2는 도 1의 2-2선의 횡단면도이다.
도 4는 상기 헤드가 결합된 잉크 제트 기록 장치의 예시도이다.
도 4에서, 참고 부호 (61)은 와이핑 부재로 작용하는 블레이드이고, 한쪽 말단이 블레이드 지지 부재에 지지되어서 칸틸레버를 형성하는 고정 말단이다. 블레이드 (61)은 기록 헤드 (65)가 작동하는 영역에 인접한 위치에 배치되고, 본 실시 태양에서 기록 헤드 (65)의 이동 경로 중에 돌출된 형태로 유지된다. 참고 부호 (62)는 블레이드 (61)에 인접한 홈 위치에 배치된 캡이고, 기록 헤드 (65)가 이동하는 방향의 수직방향으로 이동하고 토출구면과 접촉하여 캡핑하도록 구성된다. 또한 참고 부호 (63)은 블레이드 (61)에 인접한 잉크 흡수체이고, 블레이드 (61)과 유사하게 기록 헤드 (65)의 이동 경로 중에 돌출된 형태로 유지된다. 상기 블레이드 (61), 캡 (62) 및 흡수 부재 (63)은 토출 회복부 (64)를 구성하고, 여기서 블레이드 (61) 및 흡수 부재 (63)은 잉크 토출구면의 수분, 먼지 등을 제거한다.
참고 부호 (65)는 토출 에너지 발생 수단을 갖고, 토출구가 배치된 토출구면에 대향하는 기록 매체에 잉크를 토출시켜서 기록을 수행하는 기록 헤드이다. 참고 부호 (66)은 기록 헤드 (65)가 이동할 수 있도록 기록 헤드가 얹어진 캐리지이다. 캐리지 (66)은 가이드축 (67)과 미끄러지도록 맞물려 있고, 그의 일부는 모터 (68)에 의해 구동되어 벨트 (69)에 연결된다 (도시되지 않음). 따라서, 캐리지 (66)은 가이드축 (67)을 따라 이동할 수 있고, 기록 헤드 (65)는 기록 영역으로부터 그에 인접한 영역으로 이동할 수 있다.
참고 부호 (51)은 기록 매체가 삽입되는 급지부이고, 참고 부호 (52)는 모터 (도시되지 않음)에 의해 구동되는 급지 롤러이다. 이러한 구성에서, 기록 매체는 기록 헤드 (65)의 토출구면에 대향하는 위치로 공급되고, 기록이 진행되면서 배출 롤러 (53)을 배치시킨 배출부에서 배출된다.
상기 구성에서, 기록 헤드 (65)가 그의 홈 위치로 복귀하는 경우, 예를 들어 기록이 완결된 후, 토출 회복부 (64)의 캡 (62)는 기록 헤드 (65)의 이동 경로로부터 퇴피되고, 블레이드 (61)의 이동 경로 중으로 돌출된다. 그 결과, 기록 헤드 (65)의 토출구면이 와이핑된다. 캡 (62)가 기록 헤드 (65)의 토출구면과 접촉하여 캡핑하는 경우, 캡 (62)는 기록 헤드 (65)의 이동 경로 중으로 돌출되기 위하여 이동한다.
기록 헤드 (65)가 그의 홈 위치로부터 기록을 시작하는 위치로 이동하는 경우, 캡 (62) 및 블레이드 (61)은 상기한 바와 같이 와이핑시의 위치와 동일한 위치에 있다. 그 결과, 기록 헤드 (65)의 토출구면은 또한 이동과 동시에 와이핑된다.
상기와 같이, 기록 헤드 (65)가 그의 홈 위치로 이동하는 것은 기록 완결되거나 또는 기록 헤드가 토출을 위해 회복되는 경우 뿐만 아니라, 기록 헤드 (65)가 기록을 위해 기록 영역들 간에서 이동하는 경우, 소정의 간격으로 각 기록 영역에 인접한 홈 위치로 이동하고, 토출구면은 이 이동에 따라 와이핑된다.
도 5는 잉크 공급 부재, 예를 들면 튜브를 통하여 헤드로 공급되는 잉크가 포함된 일례의 잉크 카트리지 (45)를 도시한다. 여기에서, 참고 부호 (40)은 공급될 잉크를 수용하는 잉크 수용부, 예를 들면 잉크 주머니를 나타낸다. 그의 한 선단은 고무제의 마개 (42)가 설치되어 있다. 잉크 주머니 (40) 중의 잉크가 헤드로 공급 가능하도록 이 마개 (42) 내에 바늘 (도시되지 않음)이 삽입될 수 있다. 참고 부호 (44)는 폐잉크를 수용하기 위한 잉크 흡수체를 나타낸다. 본 발명에서는 잉크 수용부가 잉크가 접촉하게 되는 계면에서 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 잉크 제트 기록 장치는 헤드 및 잉크 카트리지가 별체인 상기와 같은 장치에 한하는 것은 아니다. 따라서, 상기 부재들이 도 6에서 도시된 것과 같이 일체로 형성되는 장치가 사용되는 것이 또한 바람직하다.
도 6에서, 참고 부호 (70)은 기록 유닛을 표시하나, 그의 내부에는 잉크를 수용하는 잉크 흡수체를 포함한다. 기록 유닛이 구성되어 상기 잉크 흡수체 중의 잉크가 다수의 오리파이스를 갖는 헤드 (71)로부터 잉크 액적의 형태로 토출되도록 한다. 잉크 흡수체의 재료로서, 예를 들면 폴리우레탄이 사용될 수 있다. 참고 부호 (72)는 카트리지 내부를 대기와 연통시키기 위한 대기 연통구를 나타낸다.
상기 기록 유닛 (70)은 도 4에서 도시된 기록 헤드를 대용하여 사용될 수 있으며, 캐리지 (66)에 대해 착탈을 자유자재로 한다.
전술한 설명에서, 본 발명에서 사용되는 기록 장치는 잉크 액적을 토출하기 위하여 열 에너지가 잉크에 가해지는 잉크 제트 기록 장치로 예시된다. 또한, 압전 소자를 사용하는 피에조 방식의 잉크 제트 기록 장치가 또한 유사하게 사용될 수 있다.
본 발명의 기록 방법이 실시될때, 도 3에서 이전에 도시된 것과 같은 기록 헤드를 포함하는 5개의 기록 헤드가 캐리지 (80) 상에 배열되는 기록 장치가 예를 들면 사용된다. 도 7은 그의 예를 도시한다. 참고 부호 (81, 82, 83 및 84)는 각각 옐로우 잉크, 마젠타 잉크, 시안 잉크 및 블랙 잉크를 토출하기 위한 기록 헤드를 나타낸다. 참고 부호 (85)는 액체 조성물을 토출하기 위한 기록 헤드를 나타낸다. 헤드는 전술한 기록 장치에 설치되며, 기록 신호에 따라 각 색의 잉크를 토출한다. 그의 토출 전에, 액체 조성물은 각 색의 잉크가 기록 매체에 부착되는 최소한의 부분에 미리 부착된다.
도 7에서, 5개의 기록 헤드를 사용하는 것을 예시하나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 8에서 도시된 바처럼, 한개의 기록 헤드를 사용하여 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 각색의 잉크 및 액체 조성물을 액체 채널을 분리하여 기록을 행하는 것도 바람직하다.
물론, 액체 조성물과 잉크가 상기 기술된 다른 것과 역순의 기록 순서로 토출되는 방식으로 배치될 수도 있다.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 잉크 제트 기록 헤드의 배치의 구체적인 예로는, 도 9 내지 도 11에서 도시된 3종을 들 수 있다.
도 9 내지 도 11에서, 문자 기호 Y, M, C 및 Bk는 각각 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 잉크를 토출하기 위한 기록 헤드를 나타낸다. 문자 기호 S는 액체 조성물을 토출하기 위한 기록 헤드를 나타낸다. 각 기록 헤드는 도 7에서 도시된 바와 동일 방식으로 캐리지 상에 배열된다 (그러나, 구성 방식에 대해서는 상이함). 각 기록 헤드는 전술한 기록 장치 상에 배치되고, 각색 잉크는 기록 신호에 응하여 그로부터 토출된다. 그의 토출 전후, 액체 조성물은 각색 잉크가 기록 매체에 부착되는 최소한의 영역에서 부착되도록 한다. 기록 헤드는 화살표 (1)의 방향으로 캐리지에 의해 이동되며, 기록 매체는 급지 롤러에 의해 이동되며 화살표 (2)의 방향으로 전방으로 이동한다.
먼저, 도 9는 제1의 구성예를 도시하며, S, Bk, Y, M 및 C 기록 헤드는 캐리지 상에 병렬로 배열된다. 도 10은 제2의 구성예를 도시하며, 이는 병렬로 배열되는 액체 조성물 및 블랙 잉크용 기록 헤드, 및 전술한 2개의 기록 헤드와는 병렬로 및 서로는 직렬로 배열되는 Y, M 및 C 기록 헤드로 이루어진다. 여기에서, 각 기록 헤드는 도트 당 동일한 토출 체적을 가질 필요는 없으며, 각 기록 헤드의 도트 당 토출 체적 (Vd)는 예를 들면 액체 조성물의 구성에 따라 최적의 기록 적합도를 제공하기 위하여 조정될 수 있다. 바람직한 구성은 S, Y, M 및 C 기록 헤드가 동일한 Vd를 가지며, Bk 기록 헤드는 전자의 2배의 Vd를 가지나, 그에 한정된 것은 아니다.
도 11에서 도시된 제3의 구성예에서, 도트 당 동일 토출 체적을 갖는 Bk, S, Bk, Y, M 및 C 기록 헤드는 캐리지와 병렬로 배열되어 블랙 잉크의 토출량이 다른 액체 조성물 및 칼라 잉크의 토출량의 2배가 될 수 있게 한다. 도 11에서 도시된 구성에서도, S, Bk, Y, M 및 C 기록 헤드는 동일한 Vd를 가질 필요는 없다.
본 발명에서는, 화상 형성 영역에서 액체 조성물과 잉크를 기록 매체 상의 단위 면적 당의 부여량의 비가 1:1로 부여될 수 있거나, 또는 액체 조성물 : 잉크의 비가 1:10 내지 8:10의 비율일 수 있다. 그렇게 함으로써, 형성된 화상의 베타 균일성이 달성될 수 있다. 그의 화상 형성 영역에서 기록 매체 상의 단위 면적 당 액체 조성물 및 잉크 사이의 부여량의 비가 예를 들면 하기 방법으로 조정될 수 있다. 기록 매체 상에 부착되는 액체 조성물에 의해 고정된 화소수가 기록 매체 상에 부착되는 잉크에 의해 고정된 화소수의 10 내지 80%의 범위에 있도록 조정되거나; 액체 조성물 및 잉크는 모두 잉크 제트 기록에 의해 모두 부여되고, 이때 액체 조성물의 토출량은 잉크의 토출량보다 적게 되도록 조정되거나; 또는 상기와 조합하여, 기록 매체 상에 부착되는 액체 조성물에 의해 고정된 화소수가 기록 매체 상에 부착되는 잉크에 의해 고정된 화소수의 10 내지 80 %의 범위에 있도록 조정되고, 또한 액체 조성물 및 잉크는 잉크 제트 기록에 의해 모두 부착되고, 이때 액체 조성물의 토출량은 잉크의 토출량보다 적도록 조정된다.
본 발명에서, 액체 조성물 및 잉크는 잉크 제트 기록 방식에 의해 모두 부착되고, 또한 기록 밀도가 높은 헤드가 사용되며, 이때 2개의 헤드에 있어 도트 당의 토출량은 2 내지 25 pl의 범위 내로 적게 한다. 그렇게 함으로써, 잉크는 페더링을 유발하는 것을 방해할 수 있고 보다 높은 문자 품위를 갖는 보다 상세한 화상이 얻어질 수 있다.
이전에 기술한 바와 같은 잉크 제트 기록 장치에서 액체 조성물 및 잉크가 기록 매체에 어떻게 부여되는가가 하기에서 기술될 것이다.
본 발명에 따른 기록 방법은 기록 신호에 따른 액적의 형태로 토출 오리파이스로부터 이를 토출함으로써 (A) 하나 이상의 양이온성 중합체를 포함하는 액체 조성물을 기록 매체 상에 부여하는 과정, 및 (B) 최소한 음이온성 물질을 포함하는 잉크를 기록 매체 상에 부여하는 과정의 두 과정을 갖는다.
과정 (A)는 과정 (B)에 의해 형성된 기록 화상의 양호한 문자 품위 및 정착성의 향상을 모두 달성하기 위하여 및 또한 블리딩의 방지 및 화상의 내수성을 향상시킬 목적으로 수행될 수 있다. 과정 (A)는 과정 (B) 전에 수행될 수 있거나, 또는 아무 문제 없이 과정 (A)는 과정 (B) 후에 수행될 수 있다. 이것은 어느 과정이 먼저 수행되더라도 액체 조성물 중의 양이온성 중합체 및 잉크 중의 음이온성 물질이 기록 매체 상에서 혼합되어 응집체를 형성하기 때문이다. 화상 농도 및 정착성을 향상시키는 관점에서, 과정 (B) 후에 과정 (A)를 수행하고, 이어서 추가로 과정 (B)를 수행하는 것이 바람직하다.
과정 (A)를 과정 (B) 보다 먼저 수행하는 경우, 액체 조성물이 기록 매체에 부착된 후 및 잉크가 부착되기 전에 취해진 시간에 대해서는 특히 제한되지 않는다. 본 발명을 보다 효과적으로 만들기 위하여, 후자는 수 초 안에 수행되는 것이 바람직하며, 1 초 안에 수행되는 것이 특히 바람직하다. 과정 (B) 후에 과정 (A)를 수행할때 또한 동일한 것이 적용된다.
본 발명은 주어진 실시예에 의하여 보다 상세히 하기에서 기술될 것이다.
실시예 1∼6
액체 조성물 S-1∼S-6을 조제하였다.
S-1:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 600) 4.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-2:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 600) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 0.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-3:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 600) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 0.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 3.0 중량%
물 나머지
S-4:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 1,300) 4.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-5:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 1,300) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 0.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-6:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 1,300) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 0.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 3.0 중량%
물 나머지
다음으로, Bk, Y, M, C 잉크로서, 각각 이하의 조성의 칼라 잉크 Bk-1, Y-1, M-1, C-1을 조제하였다.
Bk-1:
C.I. 다이렉트 블랙 168 2.5 중량%
C.I. 다이렉트 블루 199 0.5 중량%
C.I. 다이렉트 옐로우 86 0.3 중량%
글리세롤 8.0 중량%
에틸렌 글리콜 8.0 중량%
요소 5.0 중량%
물 나머지
Y-1:
C.I. 다이렉트 옐로우 132 2.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.7 중량%
물 나머지
M-1:
C.I. 애시드 레드 92 2.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.7 중량%
물 나머지
C-1:
C.I. 다이렉트 블루 199 3.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.7 중량%
물 나머지
이상과 같이 조제된 액체 조성물 및 잉크를 제2의 헤드 구성예에 나타낸 바와 완전히 동일한 방식으로 구성된 헤드로부터 토출시켜서, 각 잉크 및 액체 조성물의 토출량이 다음과 같은 헤드를 사용하여 600 dpi의 칼라 기록을 행하였다.
액체 조성물 15 pl/dot
Bk-1 20 pl/dot
Y-1 15 pl/dot
M-1 15 pl/dot
C-1 15 pl/dot
액체 조성물의 기록 매체 상의 도포 위치는 잉크가 기록되는 위치와 정확히 중복되도록 전기적으로 조정하였다. 화상을 기록하는 기록 매체는 캐논 가부시끼가이샤제 PB 용지 (복사기와 잉크 제트 기록용의 공용지)를 사용하였다.
평가 항목, 평가 방법 및 평가 기준은 이하와 같이 하였다.
(1) 화상 농도
Bk 베타부의 화상 농도를 맥베스 RD 915를 사용하여 측정하였다.
OD (화상 농도) 값 1.35 이상을 AA, 1.3 이상 1.35 미만을 A, 1.2 이상 1.3 미만을 B, 1.2 미만을 C로 평가하였다.
(2) 칼라 블리딩
옐로 베타 배경과 대조를 이루는 블랙의 문자를 인자하여 블리딩의 상태를 눈으로 평가하였다. 평가 결과를 이하와 같이 분류하였다.
AA: 블리딩이 전혀 인식되지 않았음.
A: 블리딩이 약간 일어나지만, 실용상 문제가 없었음.
B: 블리딩이 일어나서, 실용상 문제가 있었음.
C: 실용상 문제가 있었음.
(3) 내수성
Bk, Y, M, C, R, G, B 각각을 베타 인자 후, 1일 후에 수돗물로 3초 동안 침지한 다음, 건조시켰다. 초기 단계의 OD 값과 시험 후의 OD 값을 비교하여 잔류 OD율을 구하였다.
AA: 잔류 OD 값이 95% 이상이었음.
A: 잔류 OD 값이 85% 이상 95% 미만이었음.
B: 잔류 OD 값이 75% 이상 85% 미만이었음.
C: 잔류 OD 값이 75% 미만이었음.
(4) 액체 조성물의 토출 안정성 (주파수 응답성)
토출 주파수가 8 kHz일 때의 1 도트 당의 토출 체적이 토출 주파수가 100 Hz일 때의 1 도트 당의 토출 체적의 몇 %인지를 조사하여 평가하였다.
AA: 90% 이상.
A: 80% 이상 90% 미만.
B: 70% 이상 80% 미만.
C: 70% 미만.
(5) 액체 조성물의 스타트업성
도 12에 도시된 바와 같은 도트 라인을 수 행 (10 행) 반복하여 인자한 후, 일정 시간 동안 기록을 중지하였다. 그 후, 다시 같은 패턴을 인자하려고 시도하였을 때 정상 기록이 가능하게 되는 최장 휴지 시간을 측정하여 스타트업 특성의 평가로 하였다. 측정 환경은 25 ℃, 50% RH로 하였다.
AA: 최장 휴지 시간이 10 초 이상이었음.
A: 최장 휴지 시간이 5 초 이상 10 초 미만이었음.
B: 최장 휴지 시간이 3 초 이상 5 초 미만이었음.
C: 최장 휴지 시간이 3 초 미만이었음.
(6) 액체 조성물의 내고착성
기록 헤드와 잉크 수용부를 결합한 상태에서 기록 헤드에 캡핑 고무로 캡핑한 다음, 35℃, 10% RH의 환경 하에 2 주간 방치한 후, 25℃, 50% RH의 환경하에 2 시간 동안 방치하였다.
그 상태에서, 통상의 흡인 회복계를 사용하여, 몇회의 흡인을 반복하여야 인자가 정상으로 되돌아 오는가를 측정하여, 내고착성의 평가로 하였다.
AA: 2회 이내 흡인 후에 회복
A: 5회 이내 흡인 후에 회복
B: 10회 이내 흡인 후에 회복
C: 아무리 흡인을 반복하여도 어떤 노즐로부터도 토출되지 않았고, 완전히 정상인 인자로 되돌아 오지 않았음.
실시예 1∼6의 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 (1) (2) (3) (4) (5) (6)
1 A AA AA AA AA AA
2 A AA AA AA AA AA
3 A AA AA AA AA AA
4 A AA AA A A AA
5 A AA AA A A AA
6 A AA AA A AA AA
(1): 화상 농도(2): 칼라 블리딩(3): 내수성(4): 액체 조성물의 토출 안정성(5): 액체 조성물의 스타트업성(6): 액체 조성물의 내고착성
실시예 7∼12
액체 조성물 S-7∼S-12를 조제하였다.
S-1:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 500) 4.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-8:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 500) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 1.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-9:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 500) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 1.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 3.0 중량%
물 나머지
S-10:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 900) 4.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-11:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 900) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 1.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
아세트산 3.5 중량%
물 나머지
S-12:
폴리알릴아민 (중량 평균 분자량: 900) 4.0 중량%
염화 벤즈알코늄 (G-50; 산요 가세이제) 1.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 5.0 중량%
트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 3.0 중량%
물 나머지
잉크로서, 각각 이하의 조성의 Bk-2, Y-2, M-2, C-2를 조제하였다.
Bk-2:
C.I. 다이렉트 블랙 168 2.5 중량%
C.I. 다이렉트 블루 199 0.5 중량%
C.I. 다이렉트 옐로우 86 0.3 중량%
글리세롤 8.0 중량%
에틸렌 글리콜 8.0 중량%
요소 5.0 중량%
이소프로필 알콜 4.0 중량%
물 나머지
Y-2:
C.I. 다이렉트 옐로우 132 2.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.1 중량%
이소프로필 알콜 2.5 중량%
물 나머지
M-2:
C.I. 애시드 레드 92 2.5 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.1 중량%
이소프로필 알콜 2.5 중량%
물 나머지
C-2:
C.I. 다이렉트 블루 199 3.0 중량%
글리세롤 7.0 중량%
디에틸렌 글리콜 8.0 중량%
아세틸렌 글리콜계 계면 활성제 (ACETYLENOL EH, 가와껜 화인 케미칼제) 0.1 중량%
이소프로필 알콜 2.5 중량%
물 나머지
제3의 헤드 구성예에 나타낸 바와 동일한 방식으로 구성된, 1 도트 당의 토출량이 다음과 같은 헤드를 사용하여 600 dpi의 인자를 행하였다.
액체 조성물 7 pl/dot
Bk-2 15 pl/dot
Y-2 7 pl/dot
M-2 7 pl/dot
C-2 7 pl/dot
화질, 액체 조성물의 신뢰성 및 다른 특성을 평가 항목 및 각 평가 항목의 평가 방법을 실시예 1∼6과 동일하게 하여 평가하였다.
실시예 7∼12의 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 (1) (2) (3) (4) (5) (6)
7 AA AA AA AA A AA
8 AA AA AA AA A AA
9 AA AA AA AA AA AA
10 AA AA AA A A A
11 AA AA AA A A A
12 AA AA AA A AA A
(1): 화상 농도(2): 칼라 블리딩(3): 내수성(4): 액체 조성물의 토출 안정성(5): 액체 조성물의 스타트업성(6): 액체 조성물의 내고착성
이상의 실시예에서 구체적으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 액체 조성물 및 기록 방법에 따르면, 잉크와는 다른 액체 조성물을 잉크와 함께 사용하여 기록 매체에 행한 칼라 잉크 제트 기록, 특히 1 도트 당의 잉크 토출 체적이 2 내지 25 pl인 기록 헤드를 사용하여 행한 칼라 잉크 제트 기록에 있어서, 높은 화상 농도, 높은 화상 균일성, 양호한 칼라 블리딩 억제, 높은 내수 견뢰성이 얻어지는 것과 동시에, 상기 잉크와는 다른 액체 조성물 각각을 토출하는 기록 헤드에 대한 높은 신뢰성, 즉 주파수가 높은 영역까지 안정 토출이 가능하며, 또한 주변의 환경이 변화하여도 상기 토출 안정성이 유지되며, 더우기 내고착성, 내구성 등이 뛰어난 액체 조성물의 제공이 가능하다.

Claims (18)

  1. 중량 평균 분자량이 400∼1,400의 범위에 있는 양이온성 중합체를 함유하는 액체 조성물과, 칼라 잉크를 병용하여, 1 도트 당의 잉크 토출 체적이 2∼25 pl (피코리터)인 기록 헤드로부터 상기 액체 조성물 및 잉크를 토출시키는, 기록 매체에 칼라 화상을 형성하는 잉크 제트 기록 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양이온성 중합체가 폴리알릴아민인 잉크 제트 기록 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 탄소 원자수 8 이상의 4급 아민을 더 함유하는 잉크 제트 기록 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 4급 아민이 염화 벤즈알코늄인 잉크 제트 기록 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 잉크가 수성 잉크인 잉크 제트 기록 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 트리에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르를 더 함유하는 잉크 제트 기록 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 수성 액체 조성물인 잉크 제트 기록 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 트리에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르가 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위의 양으로 함유된 잉크 제트 기록 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 글리콜을 더 함유하는 잉크 제트 기록 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물의 pH가 3 내지 11의 범위인 잉크 제트 기록 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물의 pH가 6 내지 9의 범위인 잉크 제트 기록 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 잉크가 옐로우 잉크, 마젠타 잉크, 시안 잉크, 블랙 잉크로부터 선택된 복수 종의 잉크를 배합 함유하는 잉크 제트 기록 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 잉크가 음이온성 기를 갖는 염료를 포함하는 수성 잉크인 잉크 제트 기록 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 잉크가 음이온성 화합물 및 안료를 포함하는 수성 잉크인 잉크 제트 기록 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 상기 잉크의 토출 전에 토출되는 잉크 제트 기록 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 액체 조성물이 상기 잉크의 토출 후에 토출되는 잉크 제트 기록 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 잉크의 토출, 상기 액체 조성물의 토출, 상기 잉크의 토출이 연속적으로 행해지는 잉크 제트 기록 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 기록 헤드가 상기 액체 조성물 및 상기 잉크에 열 에너지를 가하여 이들을 토출시키는 잉크 제트 기록 방법.
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