KR20020018983A - 잉크 젯 기록 헤드 및 잉크 젯 기록 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 잉크젯 기록 헤드 (1)는 제1 잉크를 포함하는 흑색 잉크용 흑색 잉크 노즐 열 (Bk1)과 컬러 잉크를 토출하는 복수의 컬러 잉크 노즐 열 (C1) 내지 (C3)을 구비한다. 흑색 잉크 노즐 열 (Bkl)에 의하여 형성되는 흑색 인쇄와의 인쇄 간격이 가장 짧은 컬러 잉크 노즐 열 (C1)에는 흑색 잉크와 가장 높은 상호 반응성을 나타내는 컬러 잉크가 도입되고, 그 다음으로 인쇄 간격이 짧은 노즐 열 (C2)에는 상호 반응성이 그 다음으로 높은 컬러 잉크가 도입되며, 인쇄 간격이 가장 긴 노즐 열 (C3)에는 상호 반응성이 가장 낮은 컬러 잉크가 도입된다.

Description

잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치 {Ink Jet Recording Head and Ink Jet Recording Apparatus}

본 발명은 기록 매체에 잉크를 토출하여 화상을 기록하는 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치에 관한 것이다.

잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치 분야에 있어서, 특히 보통지에 대한 인쇄 농도, 인쇄 품질, 내수성 및 내광성에 있어서 우수한 흑색 화상을 형성하기 위해서 안료를 함유하는 흑색 잉크를 이용하거나, 흑색 잉크로 인쇄된 화상 영역과 컬러 잉크로 인쇄된 화상 영역과의 경계부에 발생하는 블리드(bleed) 현상 또는 컬러 잉크와의 경계부에서 흑색 화상 영역내에 발생하는 불균일한 백색 화상 흐트러짐 (이하, "화이트 포그"라고 함)을 차단할 수 있는 잉크 세트를 이용하는 것이 통상적으로 공지되어 있다.

대표적인 기술로서, 일본 특허 출원 공개 제6-106841호, 동 제9-11850호, 동 제11-334101호 및 동 제11-343441호 및 미국 특허 제5,428,383호, 동 제5,488,402호 및 동 제5,976,230호는 블리드 현상을 감소시킬 수 있으며, 컬러 잉크들 중 1 종 이상이 흑색 잉크와 상호 반응하는 동시에 잔류물이 흑색 잉크와 반응하지 않는, 흑색 잉크와 컬러 잉크들로 구성된 잉크 세트 및 상기 잉크 세트를 이용하는 잉크젯 기록 방법을 개시하고 있다. 특히, 흑색 잉크에 의한 인쇄 영역과 흑색 잉크와 반응하지 않는 컬러 잉크에 의한 인쇄 영역과의 경계에서 블리드를 차단하기 위하여, 반응성을 갖는 컬러 잉크가 흑색 잉크 인쇄 영역에서 겹치는 방식으로 인쇄되는 인쇄 방법 (이하 "언더 프린팅"이라 칭하는 방법)을 개시하고 있다.

이러한 언더 프린팅 방법에서 이용되는 흑색 잉크 및 이에 상호 반응하는 컬러 잉크로서, 친수성 라디칼을 함유하는 흑색 착색 물질을 함유하는 흑색 잉크와 금속 이온으로 이루어진 반응제를 함유하는 상호 반응성 컬러 잉크의 조합물이 공지되어 있다. 이러한 잉크들을 기록 매체상에 도포하고 혼합시켜 친수성 라디칼과 금속 이온의 반응을 유도하면, 흑색 착색 물질의 침전이 발생한다. 이에 따라, 흑색 착색 물질이 흑색 잉크의 인쇄 영역에 인접한 비반응성 잉크의 인쇄 영역으로 이동하는 것을 차단할 수 있으며, 이로써 흑색 잉크의 인쇄 영역과 비반응성 컬러 잉크의 인쇄 영역의 사이에서 발생하는 블리드 현상이 저감된다.

그러나, 본 발명자들의 검토에 의하여, 상기 언더 프린팅 방법에 이용되는 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치에 대하여 하기와 같은 문제점을 새롭게 발견하였다.

첫번째 문제점은 흑색 잉크와 상호 반응성을 증가시키는 컬러 잉크 중의 고농도의 금속 이온이 블리드 현상이나 화이트 포그 현상을 저감시키는 데는 바람직하지만, 잉크 토출 헤드 상에 침착된 잉크 미스트 중에 함유된 금속 이온에 의해서 기록 헤드의 잉크 토출면의 열화를 야기시키거나, 잉크 중에 첨가된 고농도의 금속이온으로 인한 잉크의 증가된 점성이 잉크의 토출 안전성을 저하시키는 것이다. 이러한 문제점을 피하기 위하여, 블리드 및 화이트 포그 현상을 저감시키는 동시에 컬러 잉크에 첨가되는 금속 이온의 총량을 될 수 있는 한 저감시킬 필요가 있다.

또한, 두번째 문제점은 반응성 잉크 중에 함유된 금속 이온의 응집물이 기록 헤드의 잉크 토출면을 와이핑하기 위해 잉크젯 기록 장치에 구비된 와이퍼의 선단 표면에 침전되고, 이로써 와이퍼에 의한 기록 헤드의 성능 회복이 저하되는 것이다. 와이퍼를 세정하여 와이퍼의 와이핑 성능을 회복시키기 위한 와이퍼 세정 수단을 제공하는 것은 이미 공지되어 있으나, 이러한 와이퍼 세정 수단에 의해서도 일단 형성된 응집물을 제거하는 것은 어려우며, 이러한 제거 기능을 부가하는 경우, 와이퍼 세정 수단의 비용이 증가한다.

세번째 문제점은 블리드 및 화이트 포그 현상의 저하가 잉크 토출 기록 헤드 중 토출구 열의 설계에 따라서 인쇄 속도를 저하시킬 수 있다는 것이다.

상기 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 컬러 잉크에 첨가되는 금속 이온의 총량을 최소화시키는 동시에 블리드 및 화이트 포그 현상을 감소시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드를 제공하는 것이다. 또한, 블리드 및 화이트 포그 현상을 저하시키는 동시에 기록 속도의 손실을 차단시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 와이퍼의 선단 표면 상의 반응성 잉크에 함유된 금속 이온의 응집체의 침착을 피할 수 있는 잉크젯 기록 장치를 제공하는 것이다.또한, 블리드 및 화이트 포그 현상을 저하시키는 동시에 기록 속도의 손실을 차단시킬 수 있는 잉크젯 기록 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 1은 본 발명의 액체 토출 헤드가 탑재되어 사용될 수 있는 잉크젯 기록 장치의 개략적인 사시도.

도 2A, 2B, 2C, 2D, 2E 및 2F는 액체 유로 내의 특징적인 현상을 단계별로 나타낸, 본 발명의 액상 토출 헤드의 한 실시양태를 액체 유로에 따라 절단한 단면도.

도 3, 4 및 5는 본 발명을 실시하는 기록 헤드 내의 토출구 열의 구성예를 나타내는 개략도.

도 6A, 6B 및 6C는 기록 용지에 인쇄된, 평가용 화상을 나타내는 도.

도 7A 및 7B는 기록 헤드의 잉크 토출면을 와이핑하는 방법을 나타내는 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 3, 101: 잉크젯 기록 헤드, 4: 와이퍼, 10: 액체 유로, 11: 기포 발생 영역, 13: 공통 액체 챔버, 18: 토출구, 31: 가동 부재, 32: 자유단, 33: 지점, 34: 지지 부재, 40: 기포, 41: 융기 기포, 50: 상부판, 51: 소자 기판, 52: 발열체, 53: 액체 유로 칸막이 벽, 64: 스토퍼, 65: 저유로저항 영역, 66: 토출 액적, 67: 세터라이트, 100: 잉크젯 기록 장치, 102: 구동 모터, 103, 104: 구동력전달, 105: 리드 스크류, 106: 나선홈, 107: 캐리지, 107a: 레버, 108: 가이드, 109: 플라텐, 110: 종이 압축 판, 111, 112: 포토커플러, 113: 지지 부재, 114: 캡 부재, 115: 잉크 흡인 수단, 116: 캡내 개구, 117: 세정 블레이드, 118: 이동 부재, 119: 본체 지지체, 120: 레버, 121: 캠

본 발명에 따른 상기 목적은 제1 잉크와 1 종 이상의 다른 잉크가 상호 반응성인 3 종 이상의 복수의 잉크를 토출하는 복수의 토출구 열을 구비하고, 상기된 제1 잉크용 토출구 열에 의해 얻은 인쇄와의 인쇄 간격이 상대적으로 짧은 토출구 열에, 상기된 토출구 열에 의한 인쇄와의 인쇄 간격이 상대적으로 긴 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동일하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되는 잉크젯 기록 헤드에 의해서 달성된다.

상기된 구성을 가지는 본 발명의 잉크젯 기록 헤드에 있어서, 제1 잉크와 제1 잉크용 열 (列) 이외의 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성은 제1 잉크용 토출구 열로부터 얻은 인쇄와의 인쇄 간격이 가장 짧은 열에 도입되는 잉크가 가장 높고, 인쇄 간격이 증가됨에 따라서 낮아 진다. 제1 잉크용 열 이외의 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성을 제1 잉크에 의한 인쇄와의 인쇄 간격이 길게 되는 순으로 낮아 지게 함으로써, 반응성 잉크 중의 반응제 (금속 이온)의 전체 농도를 저하시키는 동시에, 블리드 및 화이트 포그 현상을 저감시킬 수 있으며, 이로써 인쇄 화상의 고품질화 및 기록 헤드의 고신뢰성화를 동시에 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라서, 제1 잉크와 1 종 이상의 다른 잉크가 상호 반응성인 3 종 이상의 복수의 잉크를 토출하는 복수의 토출구 열을 구비하고, 상기된 제1 잉크용 토출구 열의 간격이 상대적으로 짧은 토출구 열에, 상기된 토출구 열의 간격이 상대적으로 긴 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동일하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되는 다른 잉크젯 기록 헤드를 제공한다.

본 발명의 상기 다른 잉크젯 기록 헤드에 있어서, 제1 잉크와 제1 잉크용 열 이외의 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성은 제1 잉크용 토출구 열로부터 간격이 가장 짧은 열에 도입되는 잉크가 가장 높고, 간격이 증가됨에 따라서 낮아 진다. 제1 잉크용 열 이외의 토출구 열에 도입되는 잉크의 이러한 상호 반응성을 제1 잉크 인쇄에 의한 인쇄 간격이 길게 되는 순으로 낮아 지게 함으로써, 반응성 잉크 중의 반응제 (금속 이온)의 전체 농도를 저하시키는 동시에, 블리드 및 화이트 포그 현상을 저감시킬 수 있으며, 이로써 인쇄 화상의 고품질화 및 기록 헤드의 고신뢰성화를 달성할 수 있다.

또한, 상기 제1 잉크가 흑색 잉크이고, 제1 잉크 이외의 잉크가 컬러 잉크인 구성이 채택될 수 있다.

또한, 제1 잉크용 토출구 열에 의한 흑색 인쇄와의 인쇄 간격이 가장 짧은 토출구 열에만, 상기된 흑색 잉크와 상호 반응성을 나타내는 상기 컬러 잉크가 도입되는 구성이 채택될 수 있다.

또한, 상호 반응성을 나타내는 상기 컬러 잉크가 금속 이온을 함유하고 있는 구성이 채택될 수 있다.

더욱이, 상기 금속 이온이 Mg²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Nl²⁺, Fe²⁺, La³⁺, Nd³⁺, Y³⁺및 Al³⁺로부터 선택되는 1 종 이상의 다가 금속 양이온인 구성이 채택될 수 있다.

또한, 상호 반응성을 나타내는 상기 컬러 잉크가 컬러 잉크의 총량에 대하여 0.1 내지 15 중량%의 양으로 금속 염을 함유하는 구성이 채택될 수 있다.

또한, 흑색 잉크가 염을 함유하고, 착색 물질로서 흑색 안료가 이용되는 구성이 채택될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라서 제1 잉크와 1 종 이상의 다른 잉크가 상호 반응성인 3 종 이상의 복수의 잉크를 토출하는 복수의 토출구 열을 구비하고, 상기된 제1 잉크용 토출구 열로부터 상대적으로 짧은 간격을 가지는 토출구 열에, 상기된 토출구 열로부터 상대적으로 긴 간격을 가지는 구열에 도입되는 잉크와 동일하거나 상대적으로 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되도록 구성된 잉크젯 기록 헤드를 탑재하고, 이 잉크젯 기록 헤드로부터 잉크를 토출시켜 기록 매체로 상기 잉크를 침착시킴으로써 기록을 행하는 데 적합한 잉크젯 기록 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1 잉크가 흑색 잉크이고, 제1 잉크 이외의 잉크가 컬러 잉크인 구성이 채택될 수 있다.

또한, 본 발명의 잉크젯 기록 장치는 본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 탑재하며, 잉크젯 기록 헤드로부터 잉크를 토출시켜 기록 매체에 잉크를 침착시킴으로써 기록을 행하는 데 적합하다.

또한, 본 발명에 따라서, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 탑재하고, 잉크젯 기록 헤드로부터 잉크를 토출시키고 기록 매체에 잉크를 침착시킴으로써 기록을 행하는 데 적합하며, 상기 잉크젯 기록 헤드의 잉크 토출면에 접촉하도록 와이퍼를 이동시켜 상기 잉크 토출면을 세정하는 와이핑 수단을 추가로 구비한 잉크젯 기록장치를 제공하며, 상기 와이퍼는 잉크 토출면의 상기된 제1 잉크용 열 이외에 복수의 토출구 열의 부분을 와이핑할 때, 제1 잉크용 토출구 열에 의한 인쇄와의 인쇄 간격이 증가하는 순으로 연속해서 토출구 열에 와이핑 작업을 행한다.

본 발명의 잉크젯 기록 장치에 있어서, 와이핑 작업은 상대적으로 고농도의 반응제 (금속 이온)를 가진 잉크가 도입된 토출구 열로부터 상대적으로 저농도의 반응제를 갖는 잉크가 도입된 토출구 열로 순차적으로 행해지고, 이로써 와이퍼에 먼저 스며든 반응제의 농도가 상대적으로 높은 잉크는, 그 후에 와이퍼에 스며드는 반응제의 농도가 상대적으로 낮은 잉크에 의해서 희석되어, 와이퍼의 적어도 선단 부분 (기록 헤드의 토출구 형성면에 접촉하는 부분)에서 반응제의 농도가 낮게 되고, 반응제의 응집물이 와이퍼의 선단표면에 침착하는 것을 용이하게 차단한다.

<발명의 바람직한 실시양태>

이하, 본 발명의 바람직한 실시양태로 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시양태로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위내에서 다양한 변형을 할 수 있다.

<잉크젯 기록 장치의 배치>

도 1은 후술하는 본 발명의 액상 토출 헤드 (이하, "기록 헤드"라고 함)를 탑재하여 이용할 수 있는 잉크젯 기록 장치의 일례를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 1에 있어서, 잉크젯 기록 헤드 (101)는 구동 모터 (102)의 정회전 및 역회전에 연동하여 구동력 전달 기어 (103) 및 (104)을 통해 회전하는 리드 스크류(105)의 나선 홈 (106)과 결합하는 캐리지 (107) 상에 탑재되어 있고, 구동 모터 (102)의 동력에 의해서 캐리지 (107)와 동시에 가이드 (108)에 따라서 화살표 a 및 b 방향으로 왕복 이동된다. 도시하지 않은 기록 매체 반송 장치에 의해서 플라텐(platen) (109) 상으로 반송되는 인쇄 용지 P (기록 매체)의 종이 압축 판 (110)은 캐리지 이동 방향에 걸쳐 인쇄 용지 P를 플라텐 (109)를 향하여 압축한다.

상기한 리드 스크류 (105)의 선단의 근방에는, 이 영역에서 캐리지 (107)의 레버 (107a)의 존재를 확인하여 구동 모터 (102)의 회전 방향을 개폐하기 위한 홈 위치 검지 수단을 구성하는 포토 커플러 (111) 및 (112)를 구비한다. 또한, 상기 잉크젯 기록 헤드 (101)의 토출구가 있는 전방면을 덮는 캡 부재 (114)를 지지하는 지지 부재 (113), 및 헤드 (101)의 공(idle) 토출에 의해 토출되고 캡 부재 (114)에 포함되는 잉크를 흡인하는 잉크 흡인 수단 (115)가 도시되어 있다. 이 흡인 수단 (115)은 캡내 개구부 (116)를 통하여 헤드 (101)의 흡인 회복을 행한다. 또한, 세정 와이퍼 (117) 및 와이퍼 (117)를 이동시키는 이동 부재 (118)가 도시되어 있으며, 와이퍼 (117) 및 이동 부재 (118)는 본체의 지지체 (119)에 지지되어 있다. 와이퍼 (117)는 예시된 형태에 제한되지 않으나, 임의의 다른 공지된 세정 와이퍼로 구성될 수 있다. 흡인 회복 조작을 개시하는 데 사용되는 레버 (120)는 캐리지 (107)와 결합하는 캠 (121)에 따라 이동하여, 클러치와 같은 공지된 전달 수단을 통하여 모터 (102)의 구동력의 전달을 제어한다. 기록 헤드 (101)에 구비된 발열체 (도시되지 않음)에 구동 신호를 부여하거나, 상기된 메카니즘의 기능을 제어하는 잉크젯 기록 제어부는 장치의 본체에 구비되어 있으므로, 여기서는 도시하지 않는다.

상기된 구성의 잉크젯 기록 장치 (100)는 도시하지 않은 기록 매체 반송 장치에 의해 플라텐 (109) 상으로 반송되는 인쇄 용지 P (기록 매체)에 대하여, 기록 헤드 (101)가 인쇄 용지 P의 전체 너비에 걸쳐 왕복 이동하면서 기록을 행한다.

<액상 토출 헤드의 구성>

도 2A, 2B, 2C, 2D, 2E 및 2F는 액체 유로 내의 특징적인 현상을 단계별로 나타낸, 본 발명의 액상 토출 헤드의 한 실시양태를 액체 유로에 따라 절단한 단면도이다.

본 발명의 액상 토출 헤드는 액상을 토출하기 위한 토출 에너지 발생 소자로서, 액상에 열에너지를 공급하는 발열체 (52)를 평평한 소자 기판 (51)에 구비하고, 발열체 (52)에 대응하여 소자 기판 (51) 상에 액체 유로 (10)를 구비한다. 액체 유로 (10)는 토출구 (18)와 연통하고, 또한 복수의 액체 유로 (10)에 액상를 공급하기 위한 공통 액체 챔버 (13)와 연통하고 있어, 토출구 (18)로부터 토출된 액상에 상응하는 양의 액상를 취한다. 메니스커스 (M)는 토출구 (18) 및 그와 연통하는 액체 유로 (10)의 내벽에 의해서 발생하는 모세관 힘과 통상 부압인 공통 액체 챔버 (13)의 내압 사이에 토출구 (18)의 공동 중에서 균형을 이룬다.

액체 유로 (10)는 발열체 (52)를 구비한 소자 기판 (51)과 상부판 (50)이 접합되어 형성되고, 발열체 (52)와 토출액 사이의 계면의 근방 영역에는 발열체 (52)가 급속히 가열되어 토출액에 기포를 생기게 하는 기포 발생 영역 (11)이 존재한다. 이 기포 발생 영역 (11)을 갖는 액체 유로 (10)에, 가동 부재 (31)의 적어도일부가 발열체 (52)와 대면하도록 배치된다. 가동 부재 (31)는 토출구 (18)와 가까운 하류측에 자유단 (32)을 가지고, 상류측에 배치된 지지 부재 (34)에 의해 지지된다. 특히 본 실시양태에서, 상류측을 향한 되돌이파(backward wave) 및 액상의 관성력에 영향을 주는 기포의 상류측 반의 성장을 억제하기 위해서, 자유단 (32)이 기포 발생 영역 (11)의 중앙 부근에 위치하고 있다. 기포 발생 영역 (11)에서 발생하는 기포의 성장에 따라, 가동 부재 (31)는 지지 부재 (34)에 대하여 변위 가능하다. 이 변위할 때의 지점 (33)은 지지 부재 (34)에 의한 가동 부재 (31)의 지지부가 된다.

기포 발생 영역 (11)의 중앙 상측에는, 기포의 상류측 반의 성장을 억제하기 위해서, 특정 범위내에서 가동 부재 (31)의 변위를 제한하는 스토퍼 (규제부) (64)가 위치하고 있다. 공통 액체 챔버 (13)로부터 토출구 (18)로의 액상의 흐름에 있어서, 스토퍼 (64)의 상류측에 액체 유로 (10) 보다 상대적으로 유로 저항이 낮은 저유로 저항 영역 (65)이 구비된다. 이 영역 (65)에 있어서, 유로는 상부 벽이 없거나 유로 단면적이 커서 액의 이동에 대하여 유로로부터 받는 저항을 작게 하는 구조를 가진다.

상기된 구성은 변위한 가동 부재 (31)와 스토퍼 (64)와의 접촉에 의해서, 기포 발생 영역 (11)을 갖는 액체 유로 (10)가 토출구 (18)를 제외하면 실질적으로 폐쇄한 공간이 되는 종래에 없는 특징적인 헤드 구조를 제안하고 있다.

다음으로, 본 실시양태의 액상 토출 헤드의 토출 작동에 관해서 자세히 설명한다.

도 2A는 발열체 (52)에 전기 에너지와 같은 에너지가 인가되기 전의 상태이며, 발열체가 열을 발생하기 전의 상태를 나타낸다. 주목할 중요한 사항은 가동 부재 (31)가 발열체 (52)의 열에 의해서 발생하는 기포의 상류측 반에 대면하는 위치에 구비되고, 또한 가동 부재 (31)의 변위를 제한하는 스토퍼 (64)가 기포 발생 영역 (11)의 중앙 상측에 구비되어 있다는 점이다. 즉, 액체 유로의 구조와 가동 부재의 배치 위치에 따라서, 기포의 상류측 반이 가동 부재 (31)에 의해 억압된다.

도 2B는 기포 발생 영역 (11) 내부를 채우는 액상의 일부가 발열체 (52)에 의해서 가열되고, 막 비등으로 인한 기포 (40)가 거의 최대로 성장한 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 기포 (40)의 발생에 기인한 압력파가 액체 유로 (10) 내에 전파하여, 이에 따라 액상가 기포 발생 영역의 중앙 영역으로부터 상류측 및 하류측으로 이동하고, 상류측에서는 기포 (40)의 성장에 기인한 액상의 흐름에 의해 가동 부재 (31)가 변위하며, 동시에 하류측에서는 토출구 (18)로부터 토출 액적 (66)이 토출된다. 상류측으로의, 즉 공통 액체 챔버 (13) 방향으로의 액상의 이동은 액상의 이동에 대한 유로의 저항이 하류측보다 낮으며, 그러므로 액상 이동이 용이한 저유로 저항 영역 (65)의 존재로 인하여 크게 흐르게 되지만, 가동 부재 (31)는 스토퍼 (64)에 근접 또는 접촉하게 변위하는 경우, 그 상태 이상의 변위가 제한되고, 상류측으로의 액상의 이동도 상당하게 제한된다. 결과적으로, 상류층으로의 기포 (40)의 성장도 가동 부재 (31)로 제한된다. 이러한 방식으로, 기포 발생 영역의 상류측에서 최대 유로 저항을 형성하여, 상류층에서 기포의 성장을 실질적으로 일정하게 유지한다. 이러한 배치는 토출 액적의 형성을 안정화시키며, 응답 주파수에따른 특성 자체를 개선시킬 수 있다.

또한, 상기 상태에 있어서 상류측을 향하여 액상가 큰 이동력을 가지기 때문에, 가동 부재 (31)가 상류측을 향하여 큰 인장 응력을 받는다. 또한, 가동 부재 (31)에 의해 성장이 제한된 기포 (40)의 일부는 액체 유로 (10)를 구성하는 양측벽과 가동 부재 (31)의 측부와의 사이에 작은 간극을 통과하며, 가동 부재 (31)의 상부 측면으로 융기한다. 이 융기한 기포를 이하 "융기 기포 (41)"라 칭한다.

이 상태에 있어서, 가동 부재 (31)에서 토출구까지의 전체 액체 유로는 상류측에서 하류측으로 점차 넓어져 가는 구조로 되어 있다.

본 실시양태에 있어서, 토출구측의 기포 (40)와 토출구와의 사이의 액체 유로의 일부는 액류에 대하여 유로가 직선인 "선형 연통 상태"를 가진다. 보다 바람직하게는, 기포의 발생시에 생기는 압력의 전파 방향이 생성된 액상의 유동 방향 및 토출 방향과 선형으로 일치하게 되어, 액적 (66)의 토출 방향 및 토출 속도와 같은 토출 상태가 매우 높은 수준으로 안정화되는 이상적인 상태를 실현케 한다. 본 발명에서는 이러한 이상적인 상태를 실현, 또는 실질적으로 실현하기 위한 조건으로서, 토출구 (18)와 발열체 (52), 특히 기포의 하류측에 영향을 주는 발열체의 하류측 (토출구측)이 선형으로 연결되는 구성에 적합할 수 있다. 이런 구성은 유로 내 액체가 없는 상태에서 발연체, 특히 발연체의 하류측이 토출구의 외측에서 관찰될 수 있는 상태에 해당한다.

한편, 가동 부재 (31)의 변위가 스토퍼 (64)에 의해서 제한되기 때문에, 기포 (40)의 상류측 부분은 상류측에 대한 액류의 관성력에 의해서 가동 부재 (31)를상류측을 향하여 볼록 형상으로 만곡시켜 가동 부재 (31)에 응력을 가한 상태에서 작은 사이즈로 유지된다. 이 영역에 있어서, 상류측 영역에 진입하는 기포의 양이 스토퍼, 액체 유로의 칸막이 벽 (53), 가동 부재 (31) 및 지점(支点) (33)에 의해서 실질적으로 거의 없게 유지된다 (다만, 가동 부재 (31)와 칸막이 벽 (53)과의 사이 간격이 10 μm를 초과하지 않는 부분적으로 융기된 기포가 허용됨).

이러한 방식으로, 상류측을 향한 액류가 상당히 제한되어, 인접한 토출구에 대한 유체 크로스토크(crosstalk) 및 후술하는 액체의 고속 리필을 차단하는 액체 공급로에서의 액체의 역류 및 압력의 진동을 차단한다.

도 2C는 전술한 막 비등 후, 기포 내부의 부압이 하류측을 향한 액체 유로내의 액상의 이동을 극복하여, 기포 (40)의 수축이 개시된 상태를 나타낸다. 이 시점에서는, 여전히 강하게 남아 있는 기포 성장에 기인한 상류층의 액상 이동력 때문에, 기포 (40)의 수축 개시 후 일정 기간 동안 가동 부재 (31)가 여전히 스토퍼 (64)에 접촉되어, 기포 (40)의 수축이 주로 토출구 (18)로부터 상류측으로 액상 이동을 발생시킨다. 가동 부재 (31)가 상류측으로 볼록 형상으로 만곡되고, 도 2B에 나타낸 상태로 응력을 가할 때, 상기 부재는 도 2C에 나타낸 상태대로 상기 응력을 방출하고 이로써 액류를 상류측으로부터 되당기는 상류측을 향한 만곡 형태가 발생되는 경향이 있다. 이 때문에, 특정 지점에서, 가동 부재의 되돌이 힘은 전술한 상류 방향에의 액상의 이동력을 극복하여 토출구 상류로부터 약한 액상 흐름을 생기게 하고, 가동 부재 (31)는 이의 만곡을 감소시키며, 상류 방향에 대한 오목 형상으로 변위를 시작한다. 즉, 토출구를 향해서 유로 내의 액체가 전체적으로 유동하는 기포 (40)의 상류측과 하류측에 불균형 상태가 일시적으로 발생하는 것이다.

이런 불균형 상태 발생 직후, 변위된 가동 부재 (31)와 스토퍼 (64)가 여전히 접촉되어 있음으로써, 기포 발생 영역 (11)을 포함하는 액체 유로 (10)는 토출구 (18)를 제외하고는, 실질적으로 폐쇄된 공간을 여전히 유지하고 있어, 기포 (40)의 수축 에너지는 토출구 (18) 근방에서 액체를 상류 방향으로 이동시키는 힘을 강력하게 발휘한다. 따라서, 이 지점에서 메니스커스 (M)는 토출구 (18)로부터 액체 유로 (10) 내에 상당하게 인입되고, 토출 액적 (66)과 연결되어 있는 액기둥을 강력한 힘으로 재빠르게 분리시킨다. 결과적으로, 도 2D에 나타낸 바와 같이, 토출구 (18)의 외측에 남아 있는 액적 또는 세터라이트(satellite) (67)가 감소한다.

도 2D는 기포 소멸 공정이 거의 종료되어, 토출 액적 (66)이 메니스커스 (M)로부터 분단된 상태를 나타낸다. 저유로 저항 영역 (65)에 있어서, 가동 부재 (31)의 반발력과 소멸 공정 중 기포 (40)의 수축력이 액체의 상류 방향의 이동력을 극복하여 가동 부재 (31)의 하측 변위와 이로 인한 저유로 저항 영역 (65)에서의 하류측 흐름이 개시되고, 가동 부재 (31)와 스토퍼 (64)가 근접 또는 접촉 상태로부터 이완된다. 결과적으로, 저유로 저항 영역 (65) 내의 하류 측으로의 흐름은 유로 저항이 작기 때문에, 급속히 큰 흐름이 되어, 스토퍼 (64) 부분을 통하여 액체 유로 (10)로 유입된다. 이에 따라, 메니스커스 (M)를 액체 유로 (10) 내로 급속하게 인입하는 흐름이 갑자기 저하되고, 메니스커스 (M)는 토출구 (18) 외측에 남아 있거나 토출구 (18) 방향으로 볼록 형상을 가지는 액기둥을 될 수 있는 한 분리시키지 않고, 상대적으로 저속으로 발포전의 위치로 되돌아 가기 시작한다. 특히, 메니스커스 (M)의 복귀 흐름과 상류 측으로부터의 리필 액상은 합류하여 토출구 (18) 및 히터 (2) 사이 유속이 거의 제로인 영역을 형성하여 메니스커스 (M)의 신속한 수렴성을 달성한다. 이는 본 발명의 잉크의 점도 및 표면장력에도 의존하지만, 액기둥의 분리에 의해 세터라이트가 되어 인쇄물에 침착되어 화상 품질을 저하시키거나, 토출구 근방에 침착하여 액적의 토출 방향에 악영향을 미치게 하거나, 토출 불량을 야기하는 것을 격감시킬 수 있다.

또한, 메니스커스 (M) 자체가 액체 유로내에 상당하게 인입되기 전에, 복귀를 개시하고, 액상 이동 속도 자체가 그만큼 크지 않더라도 단시간 내에 복귀를 종결하기 때문에, 메니스커스의 오버슈트, 즉 토출구 (18)에 정지하지 않고 토출구 (18)의 외측 너머로의 이동을 저감시키고, 매우 단시간 내에 오버슈트에 이어 발생하는 토출구 (18)를 수렴점으로 한 감쇠 진동 현상을 종료시킬 수 있다. 이 감쇠 진동 현상도 인쇄 품질에 악영향을 미치기 때문에, 본 발명은 안정한 방법으로 고속인쇄를 가능하게 한다.

또한, 가동 부재 (31)와 스토퍼 (64)의 사이의 부분을 통한 액체 유로 (10)에의 액상 유입은 도 2D에 나타낸 바와 같이 최상부 판 (50)의 벽면에서 유속을 증가시키기 때문에, 이 부분에서 잔류하는 미소 기포 등이 매우 저감되고, 액상 토출의 안정성을 증진시킬 수 있다.

한편, 토출 액적 (66)이 도 2C에 나타낸 급속한 메니스커스 인입에 의하여 토출 액적에 매우 근접한 직후, 임의의 세터라이트 (67)가 발생하고, 토출 액적(66)의 후방에 생기는 공기의 소용돌이에 의해 토출 액적에 가까이 당겨지는 소위, 슬립 스트림 현상이 발생한다.

이 현상에 관하여 하기에서 자세히 설명하겠다. 통상적인 액체 토출 헤드로서는, 토출구로부터 액상이 토출된 순간에 액적이 구체를 형성하지 않았으나, 선단에 구형 부분을 갖는 액기둥에 가까운 상태로 토출된다. 중심 액적 및 메니스커스로부터 당겨지고, 그로부터 잘려져 나갈 때, 꼬리 부분은 중심 액적과 함께 기록 매체를 향하여 비상하는 세터라이트 도트를 형성하는 것으로 공지되어 있다. 중심 액적 보다 뒤에서 비상하고, 메니스커스에 의해 당겨져 낮은 비상 속도를 가지는 세터라이트 도트는 그 착탄 위치가 중심 액적과 틀어져 인쇄 품질이 저하된다. 통상적인 액상 토출 헤드보다 큰 메니스커스 인장력을 가지는 본 발명에 의한 액상 토출 헤드는, 중심 액적이 토출한 후의 꼬리 부분이 강하게 인장되어, 꼬리 부분과 메니스커스가 강한 분리력을 받아 용이하게 분리된다. 결과적으로 꼬리 부분에서 형성되는 세터라이트가 작아지고, 중심 액적에 근접하게 된다. 또한, 꼬리 부분이 메니스커스에 의해 계속 당겨지지 않기 때문에, 토출 속도가 저하되지 않고, 세터라이트 (67)가 소위, 슬립 스트림 현상에 의해 토출 액적 (66)으로 당겨진다.

도 2E는 도 2D에서 나타낸 상태가 더 진행된 상태를 나타낸다. 세터라이트 (67)는 토출 액적 (66)에 근접하게 되고, 슬립 스트림 현상에 의한 유인력도 증가한다. 한편, 상류측에서 토출구 (18) 방향으로의 액상 이동은 상류측으로부터 인입되는 액상을 유인하고, 기포 (40)의 소멸 및 가동 부재 (31) 중 초기 위치보다 더 아래쪽으로의 오버슈트에 의하여 액적이 토출구 (18)로 압출된다. 게다가, 스토퍼 (64)를 포함하는 액체 유로의 단면적 증가에 의해서 토출구 (18) 방향의 흐름이 증가하여, 메니스커스 (M)의 토출구 (18)로의 복귀가 가속된다. 이러한 사실은 본 실시양태의 리필 특성을 비약적으로 개선시킨다.

또한, 기포의 소멸시에 발생하는 캐비테이션(cavitation)의 경우, 기포 소멸 지점 및 토출구 (18)가 가동 부재 (31)의 하측 이동에 의해 분리되기 때문에, 상기 공동으로 인한 충격파가 토출구 (18)에 직접 전달되지 않고, 가동 부재 (31)에 주로 흡수된다. 캐비테이션에 의한 충격파가 메니스커스에 도달하여 메니스커스로부터 마이크로도트라고 불리는 미소 액적이 발생하지만 거의 없으며, 마이크로도트가 인쇄물에 침착하여 화상 품질을 저하시키거나, 토출구 (18) 근방에 침착하여 액상 토출의 안정성을 저하시키는 현상이 격감될 수 있다.

또한, 기포 소멸로 인한 캐비테이션의 위치는 가동 부재 (31)에 의해 지점 (33) 측으로 틀어지므로, 히터 (2)에 대한 손상이 감소된다. 또한, 가동 부재 (31)와 히터 (2)사이에 점성이 있는 잉크의 강제적인 이동을 야기하여, 폐쇄된 공간으로부터 상기 잉크를 배제함으로써 토출 내구성이 개선된다. 동시에, 이러한 현상에 의해 이 영역에서의 히터 상에 늘어붙는 현상을 감소시켜, 액상 토출 안정성이 개선된다.

도 2F는 도 2E에 나타낸 상태가 보다 진행되어, 세터라이트 (67)가 토출 액적 (66)에 잡힌 상태를 나타낸다. 토출 액적 (66)과 세터라이트 (67)의 이러한 합체는 다른 실시양태에서 토출될 때마다 필수적으로 일어나는 현상은 아니며, 다양한 조건에 따라서 발생하거나 발생하지 않을 수 있다. 그러나, 세터라이트의 양을적어도 감소시키거나 또는 완전히 소멸시킴으로써, 중심 액적과 세터라이트 도트의 착탄 위치가 기록 매체 상에 거의 틀어지지 않게 되며, 이로써 인쇄 품질에 대한 영향이 매우 작아진다. 즉, 화상의 정밀도를 높여 인쇄 품질을 개선시킬 수 있고, 세터라이트로부터 형성되는 미스트에 의한 인쇄 매체 또는 기록 장치 내부를 더럽히는 문제점을 저하시킬 수 있다.

한편, 가동 부재 (31)는 오버슈트 후 스토퍼 (64)의 방향으로 이동하기 시작하며, 이러한 이동은 가동 부재 (31)의 형상 및 영의 계수 및, 액체 유로 내 액체의 점도 및 비중으로 결정되는 감쇠 진동에 의해 수렴하여, 최종적으로는 초기 위치에 정지한다.

가동 부재 (31)의 상측 변위는 공통 액체 챔버 (13)로부터 토출구 (18) 방향으로 흐름을 제어하여, 메니스커스 (M)의 이동이 토출구 근방에서 신속하게 수렴한다. 따라서, 메니스커스의 오버슈트 현상과 같이 토출 상태를 불안정하게 하고, 인쇄 품질을 저하시키는 요인을 상당히 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 구성의 액상 토출 헤드 뿐 아니라 발열체 상에 발생한 기포가 토출구를 통해 대기중에 연통하도록 구성된 액상 토출 헤드나 토출 에너지 발생 수단으로서 피에조(piezo) 소자와 같은 전기 기계 변환 소자를 이용한 액상 토출 헤드에도 적용가능하다.

<기록 헤드의 토출구 열의 배치>

도 3 내지 도 5는 본 발명을 실현하는 각종 기록 헤드의 토출구 열의 배치예를 도시하는 개략도이다. 이 도면은 인쇄 용지의 인쇄면에 대하여 기록 헤드를 투시한 상태를 나타내며, 여기서 MAIN은 주 주사 방향 (시트 운송 방향)을 가리키며, SUB는 부 주사 방향을 가리킨다.

(1) 기록 헤드 (1)

도 3에 나타낸 바와 같이, 기록 헤드 (1)는 제1 잉크로서 흑색 잉크용 토출구 열 (Bk1)과 컬러 잉크용 토출구 열 (C1), (C2), (C3)이 부 주사 방향으로 병렬로 배치되어 있다. 토출구 열 (C1), (C2), (C3)은 상호 다른 색의 컬러 잉크를 토출하도록 되어 있고, 주 주사 방향에 따라 선형으로 배열된다. 흑색 잉크용 토출구 열 (Bk1)의 폭은 3 개의 컬러 토출구 열 (C1), (C2), (C3)의 선형 배열과 거의 동일하다.

이와 같이 구성된 기록 헤드 (1)는 흑색의 인쇄 속도와 기록 헤드의 제조 비용을 중시한 잉크젯 기록 헤드의 대표적인 구성이다.

(2) 기록 헤드 (2)

도 4에 나타낸 바와 같이, 기록 헤드 (2)에는 제1 잉크인 흑색 잉크용 토출구 열 (Bk2) 및 컬러 잉크용 토출구 열 (C4), (C5), (C6)이 부 주사 방향으로 병렬로 배치되어 있다. 토출구 열 (Bk2), (C4), (C5), (C6)은 동일 폭을 갖고 있다.

이와 같이 구성된 기록 헤드 (2)는 흑색 및 컬러 인쇄 속도 둘다를 중시한 잉크젯 기록 헤드의 대표적인 구성이다.

(3) 기록 헤드 (3)

도 5에 나타낸 바와 같이, 기록 헤드 (3)에는 흑색 잉크용 토출구 열 (Bk3) 및 5 개의 컬러 잉크용 토출구 열 (C7) 내지 (C11)이 부 주사 방향으로 병렬로 배치되어 있다. 컬러 잉크용 토출구 열 (C7) 내지 (C11)은 동일 폭을 갖고 있으며, 흑색 잉크용 토출구 열 (Bk3)은 컬러 잉크용 토출구 열 (C7) 내지 (C11)의 거의 2 배의 폭을 갖고 있다.

이러한 기록 헤드 (3)의 배치는 흑색의 인쇄 속도를 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, (C7) 및 (C11), (C8) 및 (C10)에 동색의 잉크를 이용함으로써, 기록 헤드 (3)의 어느 주사 방향으로도 기록 용지상으로 토출하는 컬러 잉크의 색순서를 동일하게 할 수 있다. 보다 특별하게는, 기록 헤드 (3)가 a 방향으로 주사되는 경우 (C7), (C8) 및 (C9)의 순으로 컬러 잉크의 토출을 행하고, 기록 헤드 (3)가 b 방향으로 주사되는 경우에는 (C11), (C10) 및 (C9)의 순으로 컬러 잉크의 토출을 행함으로써 기록 용지상에 토출하는 컬러 잉크의 색순서를 동일하게 할 수 있다.

색순서가 정방향과 역방향 주사 동작에 차이가 있는 다른 기록 헤드 (예를 들어, 도 4의 기록 헤드)와는 대조적으로, 기록 헤드 (3)는 주사 방향을 개폐함으로써 야기되는 기록 용지상에서 잉크의 상이한 중첩 순서로부터 기인한 발색에 거의 차이가 없으며, 이로 인해 양방향 주사에 있어서 만족스러운 인쇄가 가능하며, 고속의 컬러 인쇄를 달성할 수 있다.

기록 헤드 (3) 만으로 흑색 인쇄를 행하는 경우, 흑색 토출구 열 (Bk3)이 전체 너비를 구동하여 고속의 인쇄 동작을 달성한다. 한편, 흑색 인쇄와 컬러 인쇄를 혼합하는 경우, 흑색 토출구 열 (Bk3)은 컬러토출구 열 (C7) 내지 (C11)의 상류측 면에서 그의 절반의 부분 (도 5의 A 부분)만을 이용하여, 컬러 인쇄에 선행하여 흑색 인쇄를 행하여, 흑색 인쇄 영역을 형성한다. 이후, 기록 매체를 배지 방향으로 흑색 토출구 열 (Bk3)의 절반 너비만을 반송하여, 상기된 흑색 인쇄 영역에 대하여 컬러 인쇄를 행한다.

<잉크>

(1) 흑색 잉크

흑색 잉크 중의 흑색 안료로서는, 예를 들어 카본 블랙이 적합하게 이용될 수 있다. 카본 블랙은 자가 분산 또는 분산제에 의하여 잉크 중에 분산될 수 있다.

(자가 분산형 카본 블랙)

자가 분산형의 카본 블랙은 예를 들어, 1 종 이상의 친수성 라디칼 (음이온성 또는 양이온성)이 이온성 라디칼로서 카본 블랙 표면에 직접 혹은 다른 원자단을 통해 결합하고 있는 카본 블랙일 수 있다. 상기 자가 분산형 카본 블랙은 카본 블랙을 분산시키기 위한 분산제의 첨가를 감소시키거나 불필요하게 만든다.

음이온성 라디칼이 표면에 직접 혹은 다른 원자단을 통해 결합하고 있는 카본 블랙의 경우, 표면에 결합되어 있는 친수성 라디칼의 예로서, -CO0(M2), -SO₃(M2), -PO₃H(M2) 및 -PO₃(M2)₂(식 중, M2는 수소 원자, 알칼리 금속, 암모늄 라디칼 또는 유기 암모늄 라디칼을 나타냄)을 들 수 있다. 이들 중에서, -COO(M2) 또는 -SO₃(M2)의 표면 결합에 의해 음이온성으로 대전된 자가 분산형 카본 블랙은 잉크 중에서의 분산성이 양호하기 때문에, 본 발명에서 특히 적합하게 이용된다. 또한, 상기 언급된 M2 중에서, 알칼리 금속의 예로는 Li, Na, K, Rb 및 Cs를 들 수있고, 유기 암모늄 라디칼의 예로는 메틸암모늄, 디메틸암모늄, 트리메틸암모늄, 에틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리에틸암모늄, 메탄올암모늄, 디메탄올암모늄, 트리메탄올암모늄을 들 수 있다. M2가 암모늄 라디칼 또는 유기 암모늄 라디칼인 자가 분산형 카본 블랙을 함유하는 본 실시양태의 잉크는 기록 화상의 내수성을 향상시킬 수 있으며, 그러므로 이와 관련하여 특히 유리하게 이용될 수 있다. 이것은 해당 잉크가 기록 매체상에 침착될 때, 암모늄 라디칼이 분해하여, 암모니아가 증발하기 때문일 것이다. M2가 암모늄 라디칼인 자가 분산형 카본 블랙은 예를 들어 M2가 알칼리 금속인 자가 분산형 카본 블랙 중의 M2를 이온 교환 방법 또는 산을 첨가하여 H 형을 얻은 후 수산화암모늄을 첨가하여 암모늄 라디칼을 M2로 얻는 방법에 의하여 암모늄 염으로 치환하여 얻을 수 있다.

자가 분산형 카본 블랙은 예를 들어, 카본 블랙을 하이포아염소산나트륨으로 산화시켜, 화학적으로 -COONa 라디칼을 카본 블랙의 표면에 결합시킴으로서 제공할 수 있다.

상기 언급된 다양한 친수성 라디칼은 카본 블랙의 표면에 직접 결합되거나, 다른 원자단을 경유하여 간접적으로 결합될 수 있다. 상기 다른 원자단의 예로는 1 내지 12 개의 탄소 원자로 된 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌 라디칼, 치환 또는 비치환 페닐렌 라디칼 및 치환 또는 비치환 나프틸렌 라디칼을 들 수 있다. 페닐렌 또는 나프틸렌 라디칼의 치환은 예를 들어, 1 내지 6 개의 탄소 원자로 된 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼일 수 있다. 또한, 다른 원자단과 친수성 라디칼의 조합의 예로는 -C₂H₄COO(M2), -Ph-SO₃(M2) 및 -Ph-COO(M2) (식중, Ph는 페닐 라디칼을 나타냄)을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 2 종 이상의 상기한 자가 분산형 카본 블랙이 잉크용 착색 물질로서 적합하게 선택될 수 있다. 또한, 자가 분산형 카본 블랙의 첨가량은 바람직하게는 잉크의 총량에 대하여 0.1 내지 15 중량%, 특히 1 내지 1O 중량%의 범위일 수 있다. 이 범위 내에서, 자가 분산형 카본 블랙은 잉크 중에서 만족스러운 분산 상태를 유지할 수 있다. 또한, 자가 분산형 카본 블랙 이외에 착색 물질로서 예를 들어, 잉크의 색을 조정하기 위하여 염료가 첨가될 수 있다.

(통상의 카본 블랙)

또한, 흑색 잉크용 착색 물질로서, 비자가 분산형인 통상의 카본 블랙을 이용할 수 있다. 상기 카본 블랙은 예를 들어, 레이번(Raven) 7000, 레이번 5750, 레이번 5250, 레이번 5000 울트라, 레이번 3500, 레이번 2000, 레이번 1500, 레이번 1250, 레이번 1200, 레이번 1190 울트라-II, 레이번 1170, 레이번 1255 (이상 컬럼비아 인크(Colombia Inc.)사 제조), 블랙 펄(Black Pearl) L, 레갈(Regal) 400 R, 레갈 330 R, 레갈 660 R, 모굴(Mogul) L, 모나크(Monarch) 700, 모나크 800, 모나크 880, 모나크 900, 모나크 1000, 모나크 1100, 모나크 1300, 모나크 1400, 발칸(Valcan) XC-72R (이상 캐보트 인크(Cabott Inc.,)사 제조), 컬러 블랙(Color Black) FW1, 컬러 블랙 FW2, 컬러 블랙 FW2V, 컬러 블랙 FW18, 컬러 블랙 FW200, 컬러 블랙 S150, 컬러 블랙 S160, 컬러 블랙 S170, 프린택스(Printex) 35, 프린텍스 U, 프린텍스 V, 프린텍스 140U, 프린텍스 140V, 스페샬 블랙(Special Black) 6, 스페샬 블랙 5, 스페샬 블랙 4A, 스페샬 블랙 4 (이상 데구싸 인크(Degussa Inc.)사 제조), 25호, 33호, 40호, 47호, 52호, 900호, 2300호, MCF-88, MA600, MA7, MA8, MA l00 (이상, 미츠비시 화학(Mitsubichi Chemical Co.)사 제조) 등과 같은 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 아세틸렌 블랙 또는 채널 블랙일 수 있으나, 이러한 예들로 한정되지 않으며, 통상적으로 공지된 카본 블랙을 이용할 수 있다. 또한, 자철광 또는 아철산염과 같은 자기 입자, 또는 티탄 블랙이 흑색 안료로서 이용될 수 있다.

이러한 통상적인 카본 블랙을 흑색 잉크의 착색 물질로 사용하는 경우에, 분산제는 바람직하게는 수성 매질 내의 안정한 분산을 달성하기 위하여 잉크 중에 첨가된다. 상기 목적에 있어서, 분산제로서 예를 들어, 이온성 라디칼이 있고, 그 작용에 의하여 수성 매질 내에 카본 블랙을 안정하게 분산시킬 수 있는 분산제가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 분산제의 예로는 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴산-알킬 아크릴레이트 에스테르 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산-알킬 아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-메타크릴산-알킬 아크릴레이트 에스테르 공중합체, 스티렌-말레산 1/2 에스테르 공중합체, 비닐나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐나프탈렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산 무수물-말레산 1/2 에스테르 공중합체 및 그의 염을 들 수 있다. 이들 중에서, 1000 내지 30000, 특히 3000 내지 15000의 범위내에 중량-평균 분자량을 가지는 것이 바람직하다.

(흑색 잉크 중의 염)

염은 흑색 잉크 중에 함유되어 기록 매체의 종류에 따라 화상 품질이 크게 변화하는 것을 피하고, 안정한 방법으로 고농도의 고품질 화상을 제공할 수 있다.

또한, 동일 문서 내의 흑색 영역에서, 흑색 잉크에 의해서만 형성되는 부분 및 흑색 잉크와 컬러 잉크의 혼합물로 형성되는 부분이 혼재하는 경우, 잉크 중에 함유된 염은 이 부분들의 흑색 화상 농도들이 서로 구별됨을 피하고, 시각적으로 위화감이 없는 화상을 제공할 수 있다.

본 발명의 흑색 잉크 중에 함유된 염으로서는 바람직하게는 (M1)₂SO₄, CH₃COO(M1), Ph-COO(M1), (M1)NO₃, (M1)Cl, (M1)Br, (M1)I, (M1)₂SO₃및 (Ml)₂CO₃(식중, M1은 알칼리 금속, 암모늄 라디칼 또는 유기 암모늄 라디칼을 나타내며, Ph는 페닐 라디칼을 나타냄)로부터 1종 이상을 선택할 수 있다. 알칼리 금속의 예로는 Li, Na, K, Rb 및 Cs를 들 수 있으며, 유기 암모늄 라디칼의 예로는 메틸암모늄, 디메틸암모늄, 트리메틸암모늄, 에틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리에틸암모늄, 메탄올암모늄, 디메탄올암모늄, 트리메탄올암모늄, 에탄올암모늄, 디에탄올암모늄 및 트리에탄올암모늄을 들 수있다. 상기한 염들 중에서, 특히 황산염 (예를 들어, 황산칼륨) 및 벤조산 염 (예를 들어, 벤조산암모늄)은 자가 분산형 카본 블랙과의 만족스러운 상용성으로 인하여, 보다 특별하게는 기록 매체에 침착시 우수한 고상-액상 분리 작용으로 인하여 다양한 기록 매체 상에서 우수한 품질의 잉크젯 기록 화상을 형성한다.

본 발명의 흑색 잉크 중의 착색 물질, 예를 들어 자가 분산형 카본 블랙의 함량은 잉크 총량에 대하여, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%, 특히 1 내지 10 중량%이다. 또한 염의 함량은 잉크 총량에 대하여 0.05 내지 10 중량%, 특히 0.1 내지 5 중량%의 범위가 바람직하다. 상기한 범위내에서 흑색 잉크 중의 착색 물질 및 염의 함량은 보다 우수한 효과를 제공한다.

(흑색 잉크 중 수성 매질)

본 발명의 흑색 잉크에 이용되는 수성 매질은 예를 들어, 물 또는 물과 수용성 유기 용매와의 혼합물일 수 있다. 수용성 유기 용매로서, 잉크의 건조 차단 효과를 갖는 용매가 특히 바람직하다. 상기 용매의 예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, sec-부틸 알콜 또는 tert-부틸 알콜 과 같은 1 내지 4 개의 탄소 원자를 가지는 알킬 알콜, 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드와 같은 아미드, 아세톤 또는 디아세톤 알콜과 같은 케톤 또는 케토 알콜, 테트라히드로푸란 또는 디옥산과 같은 에테르, 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜과 같은 폴리알킬렌글리콜, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2,6-헥산트리올, 티오디글리콜, 헥실렌글리콜 또는 디에틸렌글리콜과 같은 2 내지 6 개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 같은 저급 알킬에테르 아세테이트, 글리세린, 에틸렌 글리콜모노메틸(또는 에틸)에테르, 디에틸렌글리콜메틸(또는 에틸)에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸(또는 에틸)에테르과 같은 저급 알킬에테르 또는 다가 알콜, 트리메틸올프로판 또는 트리메틸올에탄과 같은 다가 알콜, N-메틸-2-피롤리돈, 2-피롤리돈 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논을 들 수 있다. 상기 언급된 수용성 유기 용매는 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다. 물은 바람직하게는 탈이온수로 사용된다.

본 발명의 흑색 잉크 중 수용성 유기 용매의 함량은 특별히 제한되지는 않지만, 잉크 총량에 대하여 3 내지 50 중량%의 범위가 바람직하다. 또한, 잉크에 함유되는 물의 함량은 잉크 총량에 대하여 50 내지 95 중량%의 범위가 바람직하다.

(잉크 특성, 특히 잉크젯 토출 특성, 기록 매체로의 침투성)

본 발명의 흑색 잉크는 필기 도구용 잉크 또는 잉크젯 기록용 잉크에 사용될 수 있다. 잉크젯 기록 방법으로서, 잉크에 운동 에너지를 작용시켜 액적을 토출하는 기록 방법 및 잉크에 열 에너지를 작용시켜 잉크의 발포에 의해 액적을 토출하는 기록 방법이 공지되어 있고, 본 발명의 잉크는 특히 기록 방법에 적합하다. 본 발명의 흑색 잉크를 잉크젯 기록에 이용하는 경우에 있어서, 상기 잉크는 잉크젯 헤드로부터 토출 가능한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 잉크젯 헤드로부터의 토출성에 대하여, 잉크는 바람직하게는 1 내지 15 cps의 점도, 25 mN/m (다인/cm) 이상의 표면 장력, 보다 바람직하게는 1 내지 5 cps의 점도, 25 내지 50 mN/m (다인/cm)의 표면 장력을 가진다.

또한, 잉크의 기록 매체로의 침투성을 측정하기 위하여, 브리스토브(Bristov) 방법에 의하여 결정되는 Ka 값이 공지되어 있다. 잉크의 침투성을 1 ㎡ 당 잉크량 V으로 나타내면, 잉크 액적을 토출한 후, 소정 시간 t이 경과한 후에 잉크의 기록 매체로의 침투량 V (㎖/㎡=㎛)은 하기의 브리스토브 방정식에 의하여 주어진다.

V= Vr+ Ka (t-tw)^1/2

잉크 방울이 기록 매체 표면에 침착한 직후, 잉크가 기록 매체 표면의 요철 부분 (표면의 거친 부분)에서 거의 흡수되고, 기록 매체 내부로는 거의 침투하지 않는다. 그 사이의 시간을 접촉 시간 (tw), 접촉 시간에 기록 매체의 요철부에 흡수된 잉크량을 Vr로 나타낸다. 잉크가 침착하여 접촉 시간이 지난 후, 상기 접촉 시간을 초과한 시간의 1/2, 즉 (t-tw)의 1/2에 비례하며, 기록 매체로의 침투량이 증가한다. Ka는 이 증가분의 비례 계수이며, 침투 속도에 상응한다. Ka 값은 브리스토브 방법을 이용하여 액체의 동적 침투성 시험 장치 (예를 들어, 동양 정기 제작소 제조의 동적 침투성 시험 장치 S)로 측정할 수 있다. 본 발명의 상기한 실시 양태의 잉크에 있어서, Ka 값은 기록된 화상의 품질을 보다 개선시키기 위하여 바람직하게는 1.5 미만으로, 보다 바람직하게는 0.2 이상 1.5 미만으로 유지된다. 1.5 미만인 Ka 값은 잉크의 기록 매체로의 침투의 초기 단계에서 고상-액상 분리를 유도하여 패더링(feathering)이 매우 적은 고품질의 화상을 형성할 수 있다고 생각된다. 본 발명에 있어서 브리스토브 방법에 의한 Ka 값은 기록 매체로서 보통지 (예를 들어, 캐논 주식회사 제조의 전자사진 방식을 이용한 복사기, 페이지 인쇄기 (레이저빔 인쇄) 또는 잉크젯 기록 방식을 이용한 프린터에 사용되는 PB 용지 또는 전자사진 방식을 이용한 복사기에 사용되는 PPC 용지)를 사용하여 측정한다. 또한, 측정 환경은 통상의 사무실 환경, 예를 들어 20 내지 25 ℃의 온도, 40 내지60 %의 습도를 상정한다.

상기된 특성을 갖는 바람직한 수성 매질의 조성은 예를 들어, 글리세린, 트리메틸올 프로판, 티오디글리콜, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 이소프로필 알콜 및 아세틸렌 알콜을 함유한다.

(2) 컬러 잉크

본 발명의 컬러 잉크에 사용할 수 있는 착색 물질로서, 공지의 염료 및 안료를 사용할 수 있다. 염료로서, 예를 들어 산성 염료, 직접 염료 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 음이온성 염료는 이미 공지되어 있거나 신규로 합성되거나 간에 상관없이 그들이 적합한 색과 농도를 가진다면 사용될 수 있다. 또한, 이러한 염료들이 혼합물로서 사용될 수 있다.

하기에 음이온성 염료의 특정예를 나타낸다.

(1) 노란색 착색 물질

C.I 다이렉트(direct) 옐로우 8, 11, 12, 27, 28, 33, 39, 44, 50, 58, 85, 86, 87, 88, 89, 98, 100, 110, 132,

C.I 애시드(acid) 옐로우 1, 3, 7, 11, 17, 23, 25, 29, 36, 38, 40, 42, 44, 76, 98, 99,

C.I 리액티브(reactive) 옐로우 2, 3, 17, 25, 37, 42,

C.I 푸드(food) 옐로우 3

(2) 적색 착색 물질

C.I 다이렉트 레드 2, 4, 9, 11, 20, 23, 24, 31, 39, 46, 62, 75, 79, 80,83, 89, 95, 197, 201, 218, 220, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230,

C.I 애시드 레드 6, 8, 9, 13, 14, 18, 26, 27, 32, 35, 42, 51, 52, 80, 83, 87, 89, 92, 106, 114, 115, 133, 134, 145, 158, 198, 249, 265, 289,

C.I 리액티브 레드 7, 12, 13, 15, 17, 20, 23, 24, 31, 42, 45, 46, 59

C.I 푸드 레드 87, 92, 94

(3) 파란색 착색 물질

C.I 다이렉트 블루 1, 15, 22, 23, 25, 41, 76, 77, 80, 86, 90, 98, 106, 108, 120, 158, 163, 168, 199, 226

C.I 애시드 블루 1, 7, 9, 15, 22, 23, 25, 29, 40, 43, 59, 62, 74, 78, 80, 90, 100, 102, 104, 117, 127, 138, 158, 161

C.I 리액티브 블루 4, 5, 7, 13, 14, 15, 18, 19, 21, 26, 27, 29, 32, 38, 40, 44, 100

(4) 검정색 착색 물질

C.I 다이렉트 블랙 17, 19, 22, 31, 32, 51, 62, 71, 74, 112, 113, 154, 168, 195

C.I 애시드 블랙 2, 48, 51, 52, 110, 115, 156

C.I 푸드 블랙 1, 2

(용매)

상기된 컬러 잉크용 착색 물질을 함유하는 잉크용 용매 또는 분산매는 예를들어, 물 또는 물과 수용성 유기 용매의 혼합물일 수 있다. 수용성 유기 용매는 상기 흑색 잉크로 기재한 것과 유사할 수 있다. 또한, 상기 컬러 잉크를 잉크젯 방법 (예를 들어, 버블젯 방법)으로 기록 매체에 침착시키는 경우, 잉크는 바람직하게는 원하는 점도 및 표면 장력으로 조정되어 만족스러운 잉크젯 토출 특성을 갖게 된다.

(착색 물질의 함량)

컬러 잉크 중의 착색 물질의 함량은 예를 들어, 잉크젯 기록 방법으로 이용하는 경우, 상기 잉크가 만족스러운 잉크젯 토출 특성을 가지며, 또한 원하는 색 및 농도를 갖도록 적절하게 선택하면 좋지만, 표준으로서 바람직하게는 잉크 총량에 대하여 3 내지 50 중량%의 범위내에서 선택된다. 또한, 흑색 화상의 시각적인 균일성을 중시하는 경우, 컬러 잉크 중의 염료의 농도가 특히 바람직하게는 컬러 잉크의 1O 중량% 이하에서 선택된다. 또한, 잉크에 함유되는 물의 양은 바람직하게는 잉크 총량에 대하여 50 내지 95 중량%의 범위내에서 선택된다.

(컬러 잉크의 침투성)

상기된 컬러 잉크에 있어서, 5 이상의 Ka 값은 기록 매체상에 고품질 화상을 형성하는 데 바람직하다. 상기 Ka 값을 갖는 잉크는 기록 매체로의 침투성이 높고, 옐로우, 마젠타 및 시안으로부터 선택되는 2 개 이상의 색의 화상을 상호 인접한 방식으로 기록하는 경우에서도 인접하는 화상 사이에서 블리드를 억제할 수 있고, 또한 이러한 잉크를 중첩하여 제2 컬러의 화상을 형성하는 경우, 각각의 잉크가 침투성이 높기 때문에, 인접하는 다른 색의 화상으로의 블리드가 효과적으로 억제될 수 있다. 컬러 잉크의 Ka 값은 계면활성제의 첨가, 글리콜에테르와 같은 침투성 용제의 첨가와 같이 공지된 방법에 의하여 상기 설명한 바와 같이 조정될 수 있다. 물론 첨가량은 적절하게 선택될 수 있다.

하기에서, 본 실시예에서 제조한 잉크를 설명한다. 여기서, 부 및 백분률은 달리 명시하지 않는 한 중량부 및 중량%이다.

먼저, 안료 분산액 (1)의 제조를 설명한다.

(안료 분산액 (1))

비표면적이 230 ㎡/g이고 DBP 흡수량이 70 ㎖/100 g인 카본 블랙 10 g 및 p-아미노-N 벤조산 3.41 g을 물 72 g 중에 혼합한 후, 질산 1.62 g을 적하하고, 혼합물을 70 ℃에서 교반하였다. 이후, 물 5 g 중의 아질산나트륨 1.07 g을 용해시켜 얻은 용액을 추가로 첨가하고, 한 시간 더 계속하여 교반하였다. 수득한 슬러리를 여과지 (아드반티스(Advantis) 사에서 제조된 도꾜 필터 페이퍼 2호)로 여과하고, 여과된 안료 입자를 물로 충분히 세척하여 90 ℃의 오븐에서 건조하고, 물을 첨가하여 10 중량% 농도의 안료의 수성 안료 분산액을 얻었다. 이 방법으로, 하기 친수성 라디칼을 카본 블랙의 표면에 도입하였다:

이후, 상기 언급된 안료 분산액 (1)을 이용하여 하기 제제로 흑색 잉크 (1)을 제조하였다.

(흑색 잉크 1)

안료 분산액 1 30 부

벤조산암모늄 1 부

트리메틸올프로판 6 부

글리세린 6 부

디에틸렌글리콜 6 부

아세틸렌글리콜에틸렌옥사이드부가물 0.2 부

(가와껜 파인 케미칼(Kawaken Fine Chemical) 사의 아세틸렌올 EH (상표명))

물 잔량

상기 제제 중 흑색 잉크에 있어서, 흑색 착색 물질은 상기된 친수성 라디칼이 카본 블랙의 표면에 도입되기 때문에 고분산성을 가진다. 상기 흑색 잉크를 후술되는 금속 이온으로 이루어진 반응제를 함유하는 상호 반응성인 컬러 잉크와 혼합함으로써, 흑색 착색 물질의 친수성 라디칼이 금속 이온과 반응하여 흑색 착색 물질의 침전이 발생한다. 이에, 흑색 착색 물질이 흑색 잉크의 인쇄 영역에 인접한 비반응성 컬러 잉크의 인쇄 영역으로 이동하는 것이 차단되기 때문에, 흑색 잉크의 인쇄 영역과 비반응성 컬러 잉크의 인쇄 영역 사이에 생기는 블리드가 저감된다.

또한, 상이한 색의 컬러 잉크 (예로우 잉크 1, 마젠타 잉크 1, 시안 잉크 1)를 하기의 성분들을 혼합하여 제조하였다. 제조시, 성분을 충분하게 교반하면서 물에 용해시키고, 얻은 용액을 압력하에 여과하여 3.0 ㎛의 소공 크기를 갖는 후지포토 필름(Fuji Phoro Film) 사가 공급한 미세여과기로 여과하였다.

(옐로우 잉크 1)

아세틸렌 글리콜-에틸렌 옥사이드 부가물 1.0 부

(가와껜 파인 케미칼사의 아세틸렌올 EH (상표명))

크리메틸올프로판 6 부

글리세린 6 부

2-피롤리돈 6 부

C.I 애시드 옐로우 23 3 부

물 잔량

(마젠타 잉크 1)

아세틸렌 글리콜-에틸렌 옥사이드 부가물 1.0 부

(가와껜 파인 케미칼사의 아세틸렌올 EH (상표명))

트리메틸올프로판 6 부

글리세린 6 부

2-피롤리돈 6 부

C.I 애시드 레드 52 3 부

물 잔량

(시안 잉크 1)

아세틸렌 글리콜-에틸렌 옥사이드 부가물 1.0 부

(가와껜 파인 케미칼사의 아세틸렌올 EH (상표명))

트리메틸올프로판 6 부

글리세린 6 부

2-피롤리돈 6 부

C.I 애시드 블루 9 3 부

물 잔량

또한, 시안 잉크 2 및 3을, 표 1에서 나타낸 양으로 상기 설명된 시안 잉크 1에 질산마그네슘을 첨가하여 제조하였다. 그러나, 다른 성분들의 농도를 원래의 시안 잉크 1과 동일하게 유지하는 방식으로 질산마그네슘의 양에 따라서 물의 양을 조정하였다.

	질산마그네슘의 첨가량	금속 이온 농도
시안 잉크 2	0.30%	0.049%
시안 잉크 3	0.45%	0.075%

본 실시양태에 있어서, 질산마그네슘은 반응성 컬러 잉크에 첨가되는 금속 염으로 사용되며, 다가 마그네슘 이온 (Mg²⁺)은 금속 이온으로서 용해되나, 또한 Ca²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, La³⁺, Nd³⁺, Y³⁺및 Al³⁺로부터 선택되는 1 종 이상의 다가 금속 양이온으로 사용될 수 있다.

또한, 상기에서 반응성 컬러 잉크는 0.30 중량% 또는 0.45 중량%의 양으로 금속염 (질산마그네슘)을 포함하지만, 반응성 컬러 잉크 중에 함유된 금속염의 농도는 0.1 내지 15 중량%의 범위이내에서 선택될 수 있다.

<블리드·화이트 포그의 평가>

도 1에 나타낸 기록 헤드 (1)의 토출구 열에, 상기 잉크들을 하기의 표 2에 나타낸 1 내지 5의 조합이 되도록 도입하여, 개조된 버전의 캐논 잉크젯 프린터 BJF800을 사용하여 기록 용지에 도 6A 내지 6C에 나타낸 3 개의 화상 평가를 기록하였다. 도 6A 내지 6C에 있어서, 영역 X는 흑색 잉크 및 반응성 컬러 잉크로 기록하였다.

흑색 화상을 600×600 dpi의 토출 농도 및 액적 당 30 ng의 토출량으로 토출하는 동시에, 컬러를 1200×600 dpi의 토출 농도 및 액적 당 6.5 ng의 토출량으로 토출하였다. 또한, 흑색 인쇄 영역에는 표 3에 나타낸 비율(%)로 컬러 잉크를 언더 프린팅하였다.

잉크-노즐 열 조합	Bk1	C1	C2	C3
1	흑색 잉크 1	시안 잉크 3	시안 잉크 1	시안 잉크 1
2	흑색 잉크 1	시안 잉크 1	시안 잉크 3	시안 잉크 1
3	흑색 잉크 1	시안 잉크 1	시안 잉크 1	시안 잉크 3
4	흑색 잉크 1	시안 잉크 3	시안 잉크 2	시안 잉크 1
5	흑색 잉크 1	시안 잉크 1	시안 잉크 2	시안 잉크 3

	잉크-노즐 열 조합	C1	C2	C3
조건 1	1	20%	0%	0%
조건 2	2	0%	20%	0%
조건 3	3	0%	0%	20%
조건 4	4	10%	10%	0%
조건 5	5	0%	10%	10%

흑색 및 컬러 잉크를 혼재시켜 인쇄하는 경우, 용지 공급량은 컬러 토출구 열의 너비와 동일하고, 흑색 인쇄시에는 배지 방향으로 상류측 선단으로부터 컬러 토출구 열의 너비와 상응하는 흑색 토출구 열 (Bk1)의 부분 (도 3의 B 부분) 만을 사용하였다.

도 6A 및 6B에 나타낸 3 가지의 패턴을 각국에서 유통되는 몇 종의 보통지 (캐논사가 공급하는 PB 용지, 캐논사가 공급하는 브릴리언트 화이트 페이퍼(Brilliant White Paper), 유니온 캠프(Union Camp) 사가 공급하는 그레이트 화이트 잉크젯(Great White Inkjet), 햄머밀(Hammermill)사가 공급하는 젯 프린트(Jet Print), 제록스(Xerox) 사가 공급하는 제록스 4024, 휴렛 팩커드(Hewlett Packard) 사가 공급하는 브라이트 화이트 잉크젯 페이퍼(Bright White Ink jet Paper) 및 어세다트 레이(Aussedat Rey) 사가 공급하는 레이 젯(Rey Get))에 각각 기록하고, 각 조건에서 가장 낮은 수준으로 판단된 기록 용지의 샘플을 사용하여 평가하였다.

결과를 하기와 같이 평가하였다.

○블리드 및 화이트 포그가 거의 나타나지 않아서 실용적으로 수용가능함,

◎ 블리드 및 화이트 포그가 전혀 나타나지 않음

평가 결과를 표 4에 나타내었다.

	흑색 인쇄 영역과 C1 잉크 영역 사이	흑색 인쇄 영역과 C2 잉크 영역 사이	흑색 인쇄 영역과 C3 잉크 영역 사이	흑색 잉크의 단위 면적 당 금속 이온
조건 1	◎	◎	◎	0.214 ng/㎟
조건 2	○	◎	◎	0.214 ng/㎟
조건 3	○	○	◎	0.214 ng/㎟
조건 4	◎	◎	◎	0.178 ng/㎟
조건 5	○	◎	◎	0.178 ng/㎟

전술한 바와 같이, 컬러 잉크 중 고농도의 금속염의 존재로 흑색 잉크와의 상호 반응성을 높이는 것은 블리드 및 화이트 포그를 저감하는 데 바람직하지만, 기록 헤드의 잉크 토출면에 침착된 잉크 미스트 중에 함유된 금속 이온이 잉크 토출면을 열화시키고, 또한 잉크 중에 첨가되는 금속염의 고농도가 잉크의 점도를 증가시켜, 잉크의 토출 안정성에 악영향을 주기 때문에 신뢰성의 관점에서는 바람직하지 않다. 그러므로, 상호 반응성 잉크 중의 금속 이온 농도를 낮은 수준으로 유지하는 동시에, 블리드 및 화이트 포그를 저감시킬 수 있는 것이 바람직하다.

표 4에 나타낸 결과는 조건 1 및 4에서 블리드 및 화이트 포그에 대하여 만족스러운 결과를 얻었음을 가리킨다. 조건 1 및 4의 기록 헤드의 구성은 토출구 열 (C1)로부터 토출되는 잉크 중에 포함되는 금속 이온의 농도가 가장 높고, 연속하여 토출구 열 (C2), 그리고 토출구 열 (C3)의 순으로 잉크 중 농도가 낮아지게 되어 있다. 인접하는 토출구 열끼리는 금속 이온 농도가 동일하지만, 배지 방향 (주 주사 방향)의 하류측에서 토출구 열의 금속 이온 농도는 상류측의 토출구 열보다 높지 않다.

전술한 바와 같이, 컬러 잉크 토출구 열 (C1), (C2) 또는 (C3)로부터 토출되는 잉크 중에 함유된 금속 이온의 농도는 흑색 잉크 토출구 열 (Bk1)의 잉크 토출 부분 (B 부분)에서 형성되는 흑색 인쇄로부터의 인쇄와의 인쇄 간격이 보다 짧아질수록 증가하였다. 이는 반응성 잉크 중의 금속 이온 농도를 전체적으로 낮게 하고, 또한 블리드 및 화이트 포그를 저감시켜 인쇄 화상의 고품질 및 동시에 기록 헤드의 고신뢰도를 얻게 할 수 있다.

또한, 조건 2, 3 및 5에서도 인쇄 방법을 변화시켜 블리드 및 화이트 포그에 대한 매우 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.

예를 들어, 먼저 용지를 공급하여 고농도 금속 이온의 반응성 잉크를 침착시킨 후, 용지를 회수하여 흑색 잉크로 기록을 행함으로써, 흑색 잉크 침착 전에 기록 매체 상에 고농도의 반응성 잉크를 침착시키는 기록 방법으로 블리드 및 화이트 포그를 저감시킬 수 있다. 조건 3의 구성에 상기 인쇄 방법을 적용하는 경우에 있어서, 기록 매체는 기록 헤드의 토출구 열 (C3)에 의해 기록될 수 있는 기록 영역인 위치로 진행하여, 열 (C3)에 의한 기록 (흑색 영역에서의 코팅을 포함)을 행하였다. 이후, 기록 매체는 역전되고, 기록은 기록 헤드의 열 (Bk1) 및 열 (C1)의 B 부분에 의해 행하였다. 이어서, 기록 매체가 진행하여, 기록은 열 (C2)에 의해 행하였다. 상기 구성을 조건 6이라 칭하고, 평가의 결과를 표 5에 나타내었다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 조건 6의 기록 방법은 블리드 및 화이트 포그에 대하여 만족스러운 결과를 나타내었으나, 기록 속도는 조건 6보다 훨씬 낮았다.

	흑색 인쇄 영역과 C1 잉크 인쇄 영역 사이	흑색 인쇄 영역과 C2 잉크 인쇄 영역 사이	흑색 인쇄 영역과 C3 잉크 인쇄 영역 사이
조건 6	◎	◎	◎
조건 7	◎	◎	◎

또한, 다른 인쇄 방법으로서, 2 회 이상 통과하여 기록을 행하는 다수 통과기록(multi-pass recording)을 행할 수 있다. 다수 통과 기록법은 기록 영역에서 화상이 각 컬러의 노즐 열의 주사 동작을 n 회하여 완결되는 기록 방법을 의미한다. 이같은 분리식 기록법에 있어서, 주사의 횟수는 기록 통과 횟수를 칭하며, 주사 당 기록 효율(duty)은 통과 횟수가 증가함에 따라 감소하여 화상은 n 번 주사에 의해 완결될 때까지 보완되었다. 상기 방법에 있어서, 주사 당 기록 매체로의 잉크의 총 침착량이 감소되어 1 회 통과 기록과 비교하여 각 주사 당 기록 매체로의 잉크 고정을 개선시키며, 이로써 블리드 및 화이트 포그를 감소시킬 수 있다.

조건 3의 다수 통과 (4 회 통과) 기록을 조건 7이라 칭하며, 평가의 결과를 표 5에 나타내었다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 이 조건은 블리드 및 백색 포그에 대하여 만족스러움을 제공하지만, 기록 속도는 조건 3과 비교하여 매우 낮았다.

전술한 바와 같이, 블리드 및 화이트 포그는 특정 기록 방법에서 저감될 수 있으나, 이 경우에 기록 속도가 저하되었다. 대조적으로, 본 발명의 헤드 구성으로 블리드 및 화이트 포그의 만족스러운 수준이 실현될 수 있는 동시에 기록 속도의 손실을 차단할 수 있게 하였으며, 흑색 잉크 토출구 열 (Bk1)의 잉크 토출 부분 (B 부분)에 의해 형성되는 흑색 인쇄로부터 인쇄 간격이 짧아질수록 토출구 열 (C1), (C2) 또는 (C3)로부터 토출된 잉크 중에 함유된 금속 이온의 농도는 증가하였다.

본 실시양태에 있어서, 토출구 열 (C1), (C2), (C3)에 각각 질산마그네슘의 첨가량이 다른 시안 잉크를 도입하는 경우를 예시하였지만, 잉크의 색은 이에 제한되지 않으며, 흑색 인쇄와의 인쇄 간격이 짧아질수록 토출구 열 (C1), (C2) 또는(C3)로부터 토출되는 잉크 중에 함유되는 금속 이온의 농도가 증가하는 한 임의로 선택될 수 있다.

예를 들어, 상기한 기록 헤드 (1)를 이용하여, 토출구 열 (Bk1)로 흑색 잉크 (1)를 도입하고, 토출구 열 (C1)에 시안 잉크 (3) (금속 이온 농도 0.075%)를 도입하고, 토출구 열 (C2)에 마젠더 잉크 (1) (금속 이온 농도 0%)를 도입하고, 토출구 열 (C3)에 옐로우 잉크 (1) (금속 이온 농도 0%)를 도입한 경우, 컬러 잉크 중의 금속 이온 농도는 상기한 조건 1과 동일한 조건을 얻을 수 있으며, 표 4에 나타낸 조건 1의 경우와 유사하게 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명은 도 3에 나타낸 구성의 기록 헤드 (1)에만 적용가능한 것이 아니다. 도 4에 나타낸 구성의 기록 헤드 (2)에 있어서, 흑색 토출구 열 (Bk2)에 의해 형성된 흑색 인쇄와의 인쇄 간격 (즉, 토출구 열로부터 간격)은 열 (C4), (C5) 및 (C6)의 순으로 증가하고, 토출구 열에 도입되는 잉크 중의 금속 이온 농도는 토출구 열 (C4), (C5) 및 (C6)의 순으로 감소하였다.

또한, 도 5에 나타낸 구성의 기록 헤드 (3)에 있어서, 주사 방향 a로 컬러 인쇄를 행하는 경우에는 흑색 토출구 열 (Bk3)의 A 부분에 의해 형성된 흑색 인쇄와의 인쇄 간격이 토출구 열 (C7), (C8) 및 (C9)의 순으로 증가하고, 주사 방향 b로 컬러 인쇄를 행하는 경우에는 흑색 토출구 열 (Bk3)의 B 부분에 의해 형성된 흑색 인쇄와의 인쇄 간격이 열 (C11), (C10) 및 (C9)의 순으로 증가하여, 토출구 열에 도입되는 잉크 중의 금속 이온 농도는 토출구 열 (C7), (C8), (C9)의 순으로 그리고 (C11), (C10), (C9)의 순으로 감소되었다. 달리 말해서, 최외측의 토출구 열의 잉크 중의 금속 이온 농도를 가장 높게 하여, 내측의 토출구 열을 향하여 잉크 중의 금속 이온 농도를 낮게 하였다.

게다가, 본 실시양태에 있어서, 흑색과 컬러 사이의 블리드 현상 및 화이트 포그를 설명하였으며, 색 조합은 물론 상기 경우로 제한되지 않는다. 또한, 반응성은 금속 이온과 안료의 반응으로 본 실시양태에서 설명하였으나, 본 발명의 헤드 구성 및 기록 장치는 물론 임의의 상호 반응성에 적용가능하다.

본 실시양태에 있어서, 반응성 잉크용 토출구 열이 단일 헤드 유닛 내에 형성되는 경우를 설명하였으나, 또한 본 발명의 목적은 또한 상이한 헤드 유닛에 형성되는 토출구 열을 얻을 수 있는 경우에도 달성되며, 잉크젯 기록 장치는 상기 토출 구열의 구성으로 기록 매체에 기록될 수 있도록 구성될 수 있다.

< 기록 헤드의 잉크 토출구면의 와이핑>

하기의 도 7A 및 7B (여기서, W는 와이핑 방향을 가리킴)를 참고하여 기록 헤드의 잉크 토출면을 와이핑하는 방법에 관해서 설명한다.

도 7A에서 나타낸 예는 도 1에 나타낸 기록 헤드 (1)를 이용하여, 각 컬러 잉크 토출구 열에 도입되는 잉크 중의 금속 이온 농도가 열 (C1)에서 가장 높고, (C1), (C2) 및 (C3)의 순으로 감소됨을 보여 준다.

기록 헤드 (1)의 잉크 토출면의 와이핑은 기록 장치에 구비된 와이퍼를 도 7A에 나타낸 방향으로 이동시킴으로써 행한다. 이 작업에서, 와이퍼 (4)는 컬러 잉크 토출구 열을 (C1), (C2), (C3)의 순으로 통과한다. 잉크는 토출구 열로부터 배출되고, 와이퍼 (4)는 열 (C1), 열 (C2) 및 열 (C3)로부터의 잉크 순으로 잉크에스며 든다. 그 결과, 와이퍼 (4)에 먼저 스며든 금속 이온 농도가 상대적으로 높은 잉크는 와이퍼 (4)에 그 후에 스며든 금속 이온 농도가 상대적으로 낮은 잉크에 의해서 희석되어, 선단 부분 (기록 헤드의 잉크 토출면에 접촉하는 부분)에서 금속 이온 농도가 저하되어, 첨가 물질의 응집물의 형성을 억제한다.

이와 같이, 금속 이온 농도가 상대적으로 높은 잉크가 도입된 토출구 열에서 금속 이온 농도가 상대적으로 낮은 잉크가 도입된 토출구 열로 순차적인 와이핑을 행하여, 적어도 와이퍼 (4)의 선단 부분에 스며든 금속 이온의 농도를 저하시켜, 금속 이온의 응집물이 와이퍼의 선단 표면에 침착하는 것을 용이하게 차단할 수 있다.

본 발명의 와이핑 방법은 도 3에 나타낸 구성 중 기록 헤드 (1)에만 적용되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 구성의 기록 헤드 (2)에 있어서, 컬러 잉크 토출구 열에 도입되는 잉크 중의 금속 이온 농도가 열 (C4), (C5) 및 (C6)의 순으로 감소되고, 도 7B에 나타낸 바와 같이, 도면의 좌측으로부터 우측으로 와이퍼를 이동시켜 토출구 열 (Bk2), (C4), (C5) 및 (C6)의 순으로 와이핑을 행하여, 적어도 와이퍼 (4)의 선단 부분에 스며든 금속 이온의 농도를 저하시켜, 금속 이온의 응집물이 와이퍼의 표면에 침착하는 것을 용이하게 차단할 수 있다.

또한, 도 5에 나타낸 구성의 기록 헤드 (3)에 있어서, 컬러 잉크 토출구 열에 도입되는 잉크 중의 금속 이온 농도가 열 (C7), (C8) 및 (C9)의 순, 및 (C11), (C10) 및 (C9)의 순으로 감소되고, 먼저 도면의 좌측으로부터 우측으로 와이퍼를 이동시켜 토출구 열 (Bk3), (C7), (C8) 및 (C9)의 순으로 와이핑을 행하고, 이후토출구 열 (C11), (C10) 및 (C9)의 순으로 와이핑을 행하여, 적어도 와이퍼 (4)의 선단 부분에 스며든 금속 이온의 농도를 저하시키고, 금속 이온의 응집물이 와이퍼의 표면에 침착하는 것을 용이하게 차단할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드 및 이러한 잉크젯 기록 헤드를 탑재한 잉크젯 기록 장치는 제1 잉크용 토출구 열에 의해 얻어진 인쇄와의 인쇄 간격이 상대적으로 짧은 토출구 열에, 상기 토출구 열에 의해 얻은 인쇄로부터 인쇄 간격이 상대적으로 긴 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동등하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되도록 구성되어 있거나, 제1 잉크용 토출구 열로부터 상대적으로 짧은 간격을 가지는 토출구 열에, 상기 토출구 열로부터 상대적으로 긴 간격을 가지는 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동일하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크를 도입하여, 전체적으로 반응성 잉크 중 반응제 (금속 이온)의 농도를 저하시키고, 또한 블리드 및 화이트 포그 현상을 저하시키는 데 효과적이다.

또한, 본 발명의 잉크젯 기록 장치는 와이퍼가 제1 잉크 열 이외의 잉크 토출면의 복수의 토출구 열의 부분을 와이핑할 때, 상기한 제1 잉크용 토출구 열에 의해 형성된 인쇄와의 인쇄 간격이 증가하는 순으로 와이핑 작업을 행하도록 구성되어 있어, 적어도 와이퍼 (4)의 선단 부분 (기록 헤드의 잉크 토출면에 접촉하는 부분)에 함유된 금속 이온의 농도를 저하시키고, 금속 이온의 응집물이 와이퍼의 선단 표면에 침착하는 것을 용이하게 차단시키는 데 효과적이다.

Claims (16)

1. 제1 잉크와 1 종 이상의 다른 잉크가 상호 반응성인 3 종 이상의 복수의 잉크를 토출하는 복수의 토출구 열 (列)을 구비하고,

   상기된 제1 잉크용 토출구 열에 의해 얻은 인쇄와의 인쇄 간격이 상대적으로 짧은 토출구 열에, 상기된 토출구 열에 의한 인쇄와의 인쇄 간격이 상대적으로 긴 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동일하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되는 잉크젯 기록 헤드.
2. 제1 잉크와 1 종 이상의 다른 잉크가 상호 반응성인 3 종 이상의 복수의 잉크를 토출하는 복수의 토출구 열을 구비하고,

   상기된 제1 잉크용 토출구 열의 간격이 상대적으로 짧은 토출구 열에, 상기된 토출구 열의 간격이 상대적으로 긴 토출구 열에 도입되는 잉크의 상호 반응성과 동일하거나 보다 높은 상호 반응성을 나타내는 잉크가 도입되는 잉크젯 기록 헤드.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 잉크가 흑색 잉크이고, 상기 반응성 잉크가 컬러 잉크인 잉크젯 기록 헤드.
4. 제3항에 있어서, 상기 흑색 잉크와 상호 반응성을 나타내는 상기 컬러 잉크가 복수의 상기 토출구 열 중에서 제1 잉크용 상기 토출구 열에 의해 형성되는 흑색 인쇄와의 인쇄 거리가 가장 짧은 열에만 도입되는 잉크젯 기록 헤드.
5. 제3항에 있어서, 상기 상호 반응성을 나타내는 잉크가 금속 이온을 함유하는 것인 잉크젯 기록 헤드.
6. 제5항에 있어서, 상기 금속 이온이 Mg²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, La³⁺, Nd³⁺, Y³⁺및 Al³⁺로부터 선택되는 1 종 이상의 다가 양이온인 잉크젯 기록 헤드.
7. 제5항에 있어서, 상기 상호 반응성을 나타내는 잉크가 상기 잉크의 총량에 대하여 0.1 내지 15 중량%의 양으로 금속 염을 함유하는 잉크젯 기록 헤드.
8. 제3항에 있어서, 상기 흑색 잉크가 염을 함유하고, 착색 물질로서 흑색 안료가 이용되는 잉크젯 기록 헤드.
9. 제2항에 있어서, 상기 제1 잉크가 흑색 잉크이고, 상기 반응성을 나타내는 상기 잉크가 컬러 잉크인 잉크젯 기록 헤드.
10. 제9항에 있어서, 상기 흑색 잉크와 상호 반응성을 나타내는 상기 컬러 잉크가 복수의 상기 토출구 열 중에서 제1 잉크용 상기 토출구 열에 의해 형성되는 흑색 인쇄와의 인쇄 거리가 가장 짧은 열에만 도입되는 잉크젯 기록 헤드.
11. 제9항에 있어서, 상기 상호 반응성을 나타내는 잉크가 금속 이온을 함유하는 것인 잉크젯 기록 헤드.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속 이온이 Mg²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, La³⁺, Nd³⁺, Y³⁺및 Al³⁺로부터 선택되는 1 종 이상의 다가 양이온인 잉크젯 기록 헤드.
13. 제11항에 있어서, 상기 상호 반응성을 나타내는 잉크가 상기 잉크의 총량에 대하여 0.1 내지 15 중량%의 양으로 금속 염을 함유하는 잉크젯 기록 헤드.
14. 제9항에 있어서, 상기 흑색 잉크가 염을 함유하고, 착색 물질로서 흑색 안료가 이용되는 잉크젯 기록 헤드.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 잉크젯 기록 헤드를 탑재하고, 상기 잉크젯 기록 헤드로부터 잉크를 토출하고 잉크를 기록 매체에 침착시킴으로써 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치.
16. 제15항에 있어서, 와이퍼가 제1 잉크용 토출구 열 이외에 잉크 토출면의 복수의 토출구 열의 부분을 와이핑할 때, 상기 제1 잉크용 토출구 열에 의해 형성되는 인쇄와의 간격이 증가하는 순으로 와이핑을 행하도록 구성되어 있는, 상기 잉크 토출면과 접촉하도록 와이퍼를 이동시켜 상기 잉크젯 기록 헤드의 잉크 토출면을 세정하는 와이핑 수단을 추가로 포함하는 잉크젯 기록 장치.