KR20030025170A - 잉크, 잉크 세트, 잉크 젯 기록 방법, 잉크 젯 기록 장치,기록 유닛 및 잉크 카트리지 - Google Patents

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Abstract

수성 매질 및 상기 수성 매질내에 분산제와 함께 분산되어 있는 착색 물질을 포함하며, 여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 정체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비율)은 1보다 큰 잉크를 제공한다.

Description

잉크, 잉크 세트, 잉크 젯 기록 방법, 잉크 젯 기록 장치, 기록 유닛 및 잉크 카트리지{Ink, Ink Set, Ink Jet Recording Method, Ink Jet Recording Apparatus, Recording Unit and Ink Cartridge}
본 발명은 잉크, 특히 잉크 젯 기록용 잉크, 및 더욱 구체적으로는 장시간 동안 화상 품질의 저하가 거의 없는 기록물을 제공할 수 있는 열적 잉크 젯 기록 방식에 적합한 잉크, 잉크 세트, 잉크 젯 기록 방법, 잉크 젯 기록 장치, 기록 유닛 및 잉크 카트리지에 관한 것이다.
더욱 개선된 화상 정착성(내광성, 내가스성 등)에 관하여 증가하는 요구를 만족시키기 위해 착색 물질로서 안료를 함유하는 잉크 젯 잉크에 관한 연구들이 최근 활발히 이루어져 왔다.
그 결과, 안료 잉크 젯 잉크의 당면한 문제점들, 즉 헤드에서의 노즐 막힘 및 잉크의 장기간 보관 불안정성이 상당히 개선되었다.
한편 염료와 같은 수용성 착색물질을 함유하는 잉크를 사용하는 잉크 젯 기록으로 고품질의 사진 화상을 얻기 위해 짙은 색 잉크에 더하여 옅은 잉크[예컨대 황색(Y) 잉크, 시안(C) 잉크, 마젠타(M) 잉크 및 흑색(Bk) 잉크]를 사용하는 방법이 있으며, 여기에서 옅은 잉크는 짙은 색 잉크의 하나와 동일한 색조의 화상을 형성하지만 해당하는 짙은 잉크보다 낮은 착색력을 갖는다. 일반적으로 옅은 잉크로는 밝은 시안 잉크 및 밝은 마젠타 잉크를 사용한다.
또한 안료 잉크와 같은 수불용성 착색 물질을 함유하는 잉크를 사용하는 잉크 젯 기록 시스템에 있어서, 동일한 색상의 화상을 제공하지만 착색력이 상이한두 가지의 잉크들의 조합, 즉 짙은 잉크와 옅은 잉크의 조합에 관해 연구해왔다. 예를 들면 국제특허 출원공개 제01/48100호는 짙은 잉크 및 옅은 잉크 모두 안료 및 분산제를 함유하며, 짙은 잉크 중의 안료 함량(P1)에 대한 수지 함량(B1)의 비율이 옅은 잉크 중의 안료 함량(P2)에 대한 수지 함량(B2)의 비율보다 작고, B1 및 B2가 상이한 짙은 잉크 및 옅은 잉크의 잉크 세트을 개시하고 있다. 이는 잉크의 균일한 침투성을 나타내고 표면이 거칠어지지 않으면서 고품질의 화상을 제공하는 잉크 세트을 제공한다. 나아가, B1을 B2보다 크게 함으로써 옅은 잉크의 내광성을 짙은 잉크의 내광성과 거의 동등한 수준으로 개선시킬 수 있다. 또한, 일본특허 공개 제2001-179956호는 옅은 잉크의 표면 장력을 짙은 잉크의 그것보다 낮게함으로써 옅은 잉크 및 짙은 잉크(둘 다 안료 및 착색제를 함유함)로 기록한 화상의 거칠기를 개선시키는 기술을 개시하고 있다.
상술한 바와 같이 안료 및 분산제를 함유하는 짙은 잉크 및 옅은 잉크를 사용하는 잉크 젯 기록에 관한 기술적인 정보들이 축적되어 왔으나, 아직 충분하지 못하다. 이러한 상황하에서 본 발명의 발명자들은 안료 및 분산제를 함유하는 짙은 잉크 및 옅은 잉크를 열적 잉크 젯 기록 시스템에 적용시키는 것에 관해 연구해왔다. 이 연구에서, 본 발명의 발명자들은 장기간 토출 시험에서 옅은 잉크는 잉크 액적 크기가 낮은 펄스(발사) 수에서 짙은 잉크보다 작아지고, 잉크 액적의 일그러짐이 발생하며 헤드 수명이 짧아지는 경향이 있음을 발견하였다. 옅은 잉크가 짙은 잉크보다 고체 함량(안료, 분산제 등)이 낮다는 점을 고려할 때 이러한 결과는 예상치 못한 것이었다. 따라서 본 발명자들은 안료 및 분산제를 함유하는 잉크로 형성된 잉크 젯 화상의 보다 높은 품질을 달성하고 그러한 잉크를 적재한 프린터의 신뢰성을 개선시키기 위해서는 이러한 문제들이 해결어야함을 인식하였다.
따라서 본 발명의 목적 중 하나는 잉크 젯 기록 방식에 적용되었을때 우수한 장기간 토출 특성을 나타내며 보다 우수한 잉크 젯 기록 안정성을 제공하는 수용성 착색 물질을 함유하는 잉크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 보다 안정하게 고품질의 잉크 젯 기록 화상을 형성하는데 효과적인 잉크 세트을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정하게 잉크 젯 기록 화상을 형성할 수 있는 잉크 젯 기록 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 잉크 젯 기록 방법에 적절하게 사용되는 잉크 카트리지, 기록 유닛 및 잉크 젯 기록 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 면에 따라 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크를 제공하며, 여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크다.
본 발명의 또 다른 일면에 따라 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크를 제공하며, 여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 제1잉크 및 제2잉크를 포함하는 잉크 세트을 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 제2잉크는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 제1잉크 및 제2잉크를 포함하는 잉크 세트을 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함하고, 상기 제2잉크는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 기록 신호에 따라 잉크를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법을 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 기록 신호에 따라 잉크를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법을 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 기록 신호에 응답하여 열적 에너지를 이용하여 잉크 세트을 구성하는 제1잉크 및 제2잉크 중 하나 이상을 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법을 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 제2잉크는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 기록 신호에 따라 잉크 세트을 구성하는 제1잉크 및 제2잉크 중 하나 이상을 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법을 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함하고, 상기 제2잉크는 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라 잉크를 담고 있는 잉크 용기, 및 잉크를 토출하기 위한 열적 잉크 젯 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 잉크를 담고 있는 잉크 용기 및 잉크를 토출하기 위한 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하고, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 잉크 세트을 구성하는 제1잉크 및 제2잉크를 각각 담고 있는 잉크 용기들 및 각각의 잉크를 토출하기 위한 열적 잉크 젯 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 제2잉크는 열적 잉크 젯 기록용 잉크로서 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 잉크 세트을 구성하는 제1잉크 및 제2잉크를 담고 있는 잉크 용기들 및 각각의 잉크를 토출하기 위한 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함하고, 상기 제2잉크는 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 열적 잉크 젯 기록용 잉크 세트을 구성하는 제1잉크 및 제2잉크 각각을 담고있는 잉크 용기 및 각각의 잉크를 토출하기 위한 열적 잉크 젯 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공하며, 여기에서 상기 제1잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크로서, 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함하고, 상기 제2잉크는 기록 매체상에 제1잉크로 형성되는 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 형성하고, 제1잉크보다높은 착색력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 잉크를 담고 있는 잉크 용기 및 잉크를 토출하기 위한 잉크 젯 헤드를 포함하는 기록 유닛을 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크[여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 큼], 또는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크[여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함함]이다.
본 발명의 또 다른 일 면에 따라, 잉크를 담고 있는 잉크 보유부를 포함하는 잉크 카트리지를 제공하며, 여기에서 상기 잉크는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 열적 잉크 젯 기록용 잉크[여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 큼], 또는 수성 매질 및 상기 수성 매질에 분산제와 함께 분산된 착색 물질을 포함하는 잉크[여기에서 상기 착색 물질은 잉크의 전체 중량에 대해 1 중량% 이하의 양으로 함유되어 있고 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)은 1보다 크며, 상기 분산제는 블록 공중합체를 포함함]이다.
도 1은 잉크 젯 기록 장치 헤드의 종방향 단면도이다.
도 2는 잉크 젯 기록 장치 헤드의 횡방향 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 바와 같은 헤드들 몇 개로 이루어진 헤드의 투시도이다.
도 4는 잉크 젯 기록 장치의 한 예의 투시도이다.
도 5는 잉크 카트리지의 종방향 단면도이다.
도 6은 기록 유닛의 일 예의 투시도이다.
도 7은 액체 토출 헤드를 적재할 수 있는 잉크 젯 프린터의 일 예의 주요부의 개략적인 투시도이다.
도 8은 액체 토출 헤드를 갖춘 잉크 젯 카트리지의 일 예의 개략적인 투시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 잉크 젯 카트리지에 사용되는 액체 토출 헤드의 일 예의 주요부의 개략적인 투시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 액체 토출 헤드의 일 예로부터 추출한 부분의 개략도이다.
도 11은 도 10에 도시한 토출구 부분의 확대도이다.
도 12는 도 11에 도시한 토출구상의 잉크 부착 상태를 나타내는 개략도이다.
도 13은 도 10의 주요부의 개략도이다.
도 14는 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 15는 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 16, 17, 18, 19, 20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 16은 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 17, 18, 19, 20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 17은 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 16, 18, 19, 20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 18은 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 16, 17, 19, 20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 19는 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 16, 17, 18,20 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 20은 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 16, 17, 18, 19 및 21에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 21은 도 13의 14-14 투시 단면 형상에 해당하며 도 14, 15, 16, 17, 18, 19 및 20에서와 같은 액체 토출 헤드의 시간에 따른 액체 토출 작용의 변화를 나타내기 위한 개략 단면도이다.
도 22는 본 발명의 잉크 젯 기록 방법에 사용될 수 있는 액체 토출 장치의 일 예인 잉크 젯 기록 장치(600)의 개략적인 투시도이다.
도 23은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 잉크들의 내광성을 나타내는 그래프이다.
도 24는 본 발명에 관한 잉크 카트리지의 일 실시 태양을 나타내는 개략도이다.
도 25는 본 발명에 관한 기록 유닛의 일 실시태양을 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
13 : 헤드
14, 26 : 홈
15, 28 : 가열 헤드
17 : 알루미늄 전극
18 : 가열 저항층
19 : 열 집적층
20, 934 : 기판
21 : 잉크
22 : 토출 오리피스
23, 1004 : 메니스커스
24 : 잉크 액적
25 : 기록 매체
40 : 잉크 용기
45 : 잉크 카트리지
53 : 전달 롤로
61 : 블레이드
62 : 캡
44, 63 : 잉크 흡수 부재
64 : 토출 회수부
65 : 기록 헤드
66, 607 : 캐리지
70 : 기록 유닛
72 : 공기 통로
100, 2501 : 잉크 젯 기록 헤드
101 : 기포
600 : 잉크 젯 기록 장치
608 : 가이드
609 : 플라텐 롤러
613 : 지지 부재
618 : 이동 부재
621 : 캠
832 : 토출구
931 : 히터
933 : 잉크 공급구
935 : 토출구 플레이트
936 : 잉크 유로벽
1008 : 케이싱
1010 : 기록부
1014 : 가이드 샤프트
1018 : 모터
1020 : 구동부
1022, 1024 : 롤러 유닛
1028 : 종이
1030 : 이송장치
본 발명을 이하에 자세히 기술한다.
우선, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크는 수성 매질 및 상기 물을 기재로한 매질내에 분산제의 작용에 의해 분산된 착색 물질을 포함하며, 상기 착색 물질의 농도가 잉크 전체 양의 1 중량% 이하이며 착색 물질에 대한 분산제의 비율(B/P 비)이 1보다 큰 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 취함으로써 열적 잉크 젯 기록 시스템에서의 옅은 안료 잉크의 문제점, 즉 시간에 따른 액적 크기의 변화가 짙은 잉크보다 빠르게 나타나는 점을 해결하였다.
본 발명의 구성이 이러한 문제를 해결할 수 있는 이유는 분명하지 않으나, 본 발명자들은 상기한 문제점들에 대한 연구를 기초로 하여, 옅은 잉크 중의 B/P 비가 짙은 잉크와 거의 동일한 경우 옅은 잉크 중에 존재하는 분산제의 절대량이 적어져 착색 물질의 분산 상태가 특히 열적 잉크 젯 헤드의 히터 부근에서 쉽게 불안정해지는 것으로 생각하였다. 이러한 분산 불안정성을 개선하기 위해, 본 발명자들은 1의 B/P 비를 최대값으로 참작하되 분산제를 안료의 양을 초과하는 양으로 옅은 잉크에 가하였다. 그 결과, 시간에 따른 액적 크기의 변화 및 액적의 일그러짐이 개선되었다. 이러한 실험 결과는 앞의 가정을 뒷받침한다. 나아가, 본 발명에 있어서 B/P 비가 보다 바람직하게는 1.2 이상, 더욱 바람직하게는 1.5 이상인 경우 액적 크기의 변화 및 액적의 일그러짐이 크게 개선된다.
본 발명의 잉크의 효과는 액적 양이 40 pl 이하, 더욱 바람직하게는 20 pl 이하, 또는 특히 바람직하게는 10 pl 이하인 헤드를 사용하는 경우 더욱 중요하다.
또한, 본 발명의 제2의 효과로서, 옅은 잉크로 형성된 화상의 내광성이 개선된다. 일반적으로, 잉크 젯 기록용 컬러 안료의 입자들의 크기는 스크린 인쇄 등에 사용되는 안료들에 비해 작다(약 200 nm 이하, 특히 최근에는 대부분 약 100 nm). 장기간의 전시를 필요로 하기 때문에 코팅 종이 또는 광택 종이라 불리우는 특정하게 처리된 표면을 갖는 기록 매체상에 인쇄된 대형 포스터 또는 사진 분야에 컬러 안료들이 바람직하게 사용된다. 그러한 기록 매체상에서 잉크 중의 안료 입자들은 기록 매체 내로 흡수되지 않고 표면상에 남아 있게 된다. 따라서, 안료 입자들은 빛에 직접 노출되고 일반적으로 높은 내광성을 갖는 것으로 간주되는 안료들이라 하더라도 장기간의 조사 후에는 색이 바랠 수 있다. 특히, 옅은 잉크들은 종이 표면상의 안료 양이 적기 때문에 퇴색하기 쉽다.
본 발명에 있어서, 옅은 잉크 중의 안료에 대한 분산제의 비율을 증가시킴으로써 내광성이 크게 개선된다. 이는 빛에 의한 퇴색이 산소의 존재와 연관이 있고, 종이 표면상의 분산제가 안료를 덮어 공기로부터 차단함으로써 빛에 의한 퇴색을 방지하는 것으로 여겨진다.
첨언하면, 잉크 중에 1% 이하의 착색 물질을 함유하는 잉크 젯 잉크는 종종 동일한 색조를 가지지만 보다 높은 착색력을 갖는 잉크(짙은 잉크)와 함께 사용되어, 점(dot)들이 눈에 뜨이지 않고 계조(gradation)가 지극히 매끄러운, 할로겐화은 사진 수준의 잉크 젯 화상을 형성한다. 그러나, 본 발명의 잉크는 반드시 짙은 잉크와 함께 사용되어야 할 필요는 없고 당연히 단독으로도 사용될 수 있다. 그러나, 편의상 본 명세서에서는 잉크 전체 양에 대한 착색 물질의 농도가 1 중량% 이하인 잉크를 "옅은 잉크"라 한다.
본 발명의 잉크에 있어서, 비록 착색 물질의 종류에 따라, 그리고 잉크들을 잉크 세트으로 사용할 때의 짙은 잉크 등의 농도에 비례하여 달라질 수 있지만 각 점들의 가장자리가 보이지 않게 하려는 옅은 잉크의 목적상으로 볼 때 착색 물질의 농도는 1 중량% 이하, 바람직하게는 0.9 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 중량% 이하이다. 한편 안료 농도의 하한점은 착색력이 너무 낮게 되지 않도록 잉크의 전체 양에 대해 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.2 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 중량%이다.
(안료)
본 발명에 있어서 옅은 잉크로 사용되는 안료들을 이하에 기술한다.
흑색 잉크로 사용되는 안료에는 예컨대 카본 블랙이 포함된다.
색 지수 번호로 표시할 때 컬러 안료들의 예로는 C.I. 피그먼트 옐로우 12, 13, 14, 17, 20, 24, 55, 74, 83, 86, 93, 97, 98, 109, 110, 117, 120, 125, 128, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 153, 154, 155, 166, 168, 180 및 185, C.I. 피그먼트 오렌지 16, 36, 43, 51, 55, 59, 61 및 71, C.I. 피그먼트 레드 9, 48, 49, 52, 53, 57, 97, 122, 123, 149, 168, 175, 176, 177, 180, 192, 202, 209, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 238, 240, 254, 255 및 272, C.I. 피그먼트 바이올렛 19, 23, 29, 30, 37, 40 및 50, C.I. 피그먼트 블루 15, 15:1, 15:3, 15:4, 15:6, 22, 60 및 64, C.I. 피그먼트 그린 7 및 36, 및 C.I. 피그먼트 브라운 23, 25 및 26이 포함된다.
이들 중 시안 및 마젠타 안료들을 사용하면 본 발명의 효과를 현저하게 나타낸다. 특히, 마젠타 안료의 C.I. 피그먼트 레드 122, 시안 안료의 C.I. 피그먼트 블루 15:3 및 C.I. 피그먼트 블루 15:4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하면 바람직한 색상 및 짙은 잉크와 옅은 잉크 사이의 내광성의 조화를 얻을 수 있다.
또한, 사용할 안료의 입자크기가 제한되는 것은 아니지만, 200 nm 이상이 바람직하다.
이제 본 발명에 있어서, 자기 분산형 안료, 즉 그 친수성 기들이 직접적으로 또는 기타 원자기들을 통해 안료 표면에 대해 화학적으로 결합하는 안료를 분산제의 작용에 의해 수성 매질내에 분산될 수 있는 안료와 함께 착색 물질로 자유롭게 사용할 수 있다.
(분산제)
다음으로, 본 발명의 중요한 특징인 잉크 중의 안료를 위한 분산제를 설명한다.
사용될 분산제의 예로는 예컨대 잉크 젯 잉크용 안료 분산제로 일반적으로 사용되며 친수성 및 소수성 부분을 포함하는 수용성 수지가 포함된다. 수용성 수지의 예로는 1종 이상의 친수성 단량체 및 1종 이상의 소수성 단량체 및 이의 염으로부터 제조되는 블록 공중합체 및 랜덤 공중합체가 포함된다. 친수성 단량체의 예로는 α, β-에틸렌 불포화 카르복실산의 지방족 알코올 에스테르류, 아크릴산, 아크릴산 유도체, 말레산, 말레산 유도체, 이타콘산, 이타콘산 유도체, 푸마르산,푸마르산 유도체 등이 포함된다. 소수성 단량체의 예로는 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐나프탈렌 유도체들이 포함된다.
중합체에는 블록 중합체 및 랜덤 중합체, 분지 중합체 및 그래프트 중합체가 포함된다. 이중에서, 분산제는 특히 바람직하게는 블록 중합체이다. 바꿔 말하면 열적 잉크 젯 기록은 히터를 이용하여 잉크를 가열하는 단계를 포함하고, 따라서 잉크에 함유되는 수용성 수지는 바람직하게는 히터상에 코가(koga) 등을 형성하지 않거나 거의 형성하지 않는 수지이다. 이러한 이유로 블록 중합체들은 이러한 목적에 특히 적합하다.
블록 중합체의 구조에는 AB, BAB 및 ABC 유형(A, B, C는 서로 상이한 구조의 중합체 블록을 도식적으로 나타냄)이 포함되며, 블록 부분이 존재하면 상기 구조는 특별하게 제한되지 않는다. 특히 바람직하게는, 블록 중합체는 분산 안정성에 기여하는 균형 잡힌 블록 크기뿐 아니라 소수성 및 친수성 블록을 가지며, 이는 개선된 분산 안정성을 위해 착색 물질이 결합하는 소수성 블록내에 작용기들을 도입시켜 분산제와 착색 물질간의 특정한 상호 작용을 증대시킬 수 있기 때문이다. 나아가, 상기 중합체는 열 에너지를 사용하는 방법, 특히 작은 액적 토출에 해당하는 헤드와 사용할때 유변학적으로 더욱 바람직하다.
중합체의 양은 사용하는 중합체의 구조, 분자량 및 기타 물성, 또한 잉크 조성물의 성분들에 의존한다.
본 발명에 사용되는 중합체의 수평균 분자량이 2000 이상 40000 미만, 바람직하게는 2000 이상 20000 미만, 특히 바람직하게는 2000 이상 10000 미만인 경우,열 에너지를 이용하는 헤드를 특별히 사용하는 때에도 고주파수에서의 응답이 악화됨이 없이 분산 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 이러한 중합체들의 제조 방법은 일본특허 공개 제05-179183호, 동 제06-136311호, 동 제07-053841호, 동 제10-87768호, 동 제11-043639호, 동 제11-236502호 및 동 제11-269418호에 개시되어 있다.
블록 공중합체에 사용될 수 있는 소수성 단량체의 예로는 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 메타크릴레이트(EMA), 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트(BMA 또는 NBMA), 헥실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트(EHMA), 옥틸 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트(LMA), 스테아릴 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 히드록시프로필 메타크릴레이트, 2-에톡시에틸 메타크릴레이트, 메타크릴로니트릴, 2-트리메틸실록시에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), p-트릴 메타크릴레이트, 소르빌 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이르, 히드록시프로필 아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 2-트리메틸실록시에틸 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, p-트릴 아크릴레이트, 소르빌 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트 및 2-페닐에틸 메타크릴레이트가 포함되나 이들로 제한되는 것은 아니다.
소수성 단량체들은 바람직하게는 메틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트 및 벤질 아크릴레이트의 단일중합체 및 공중합체, 및 메틸 메타크릴레이트 및 부틸 메타크릴레이트의 공중합체이다.
또한, 블록 공중합체에 사용될 수 있는 친수성 단량체들로는 예컨대 메타크릴산(MMA), 아크릴산, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(DMAEMA), 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, tert-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노프로필 메타크릴레이트, 메타크릴 아미드, 아크릴 아미드 및 디메틸아크릴 아미드가 포함되나 이들 화합물로 제한되는 것은 아니다.
친수성 단량체들은 바람직하게는 메타크릴산, 아크릴산 및 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 단일 중합체 및 공중합체이다.
산을 함유하는 중합체들은 직접 제조하거나 또는 중합 반응 후 제거되는 봉쇄기(blocking group)를 갖는 봉쇄된 단량체들로부터 제조할 수 있다.
봉쇄기를 제거한 후 아크릴산 또는 메타크릴산을 생성하는 봉쇄된 단량체들의 예로는 트리메틸실릴 메타크릴레이트(TMS-MMA), 트리메틸실릴 아크릴레이트, 1-부톡시에틸 메타크릴레이트, 1-에톡시에틸 메타크릴레이트, 1-부톡시에틸 메타크릴레이트, 1-에톡시에틸 아크릴레이트, 2-테트라히드로피라닐 아크릴레이트 및 2-테트라히드로피라닐 메타크릴레이트가 포함된다.
특히, 열 에너지를 사용하는 헤드를 고주파수에서 구동할 때 본 발명의 잉크에 이러한 블록 중합체들을 사용하면 토출 특성이 더욱 현저히 개선된다.
또한, 열 에너지를 이용하는 헤드는 토출 연속성을 추가로 제공하고, 따라서 바람직하게는 본 발명의 잉크에 비이온성 계면활성제를 가한다. 비이온성 계면활성제는 바람직하게는 폴리옥시에틸렌알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방 에스테르, 솔비탄 지방 에스테르, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 지방 에스테르 및 아세틸렌 글리콜의 에틸렌 옥사이드 부가물이 포함된다. HLB는 바람직하게는 10 이상, 더욱 바람직하게는 12 이상, 보다 바람직하게는 15 이상이다. 사용하는 계면활성제의 양은 토출 연속성의 효과를 충분히 얻기 위해 잉크 전체 양을 기준으로 바람직하게는 0.3 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.8 중량% 이상이다. 또한, 잉크의 점도를 고려할 때 계면활성제의 양은 잉크의 전체 양을 기준으로 바람직하게는 3 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2.0 중량% 이하이다.
(물을 기재로 하는 매질)
본 발명의 옅은 잉크 중의 물을 기재로 하는 매질은 물 또는 물과 수용성 유기 용매의 혼합물을 말한다.
수용성 유기 용매의 예로는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올, sec-부틸 알코올, tert-부틸 알코올, 이소부틸 알코올 및 n-펜탄올과 같은 탄소수가 1 내지 5인 알킬 알코올류; 디메틸 포름아미드 및 디메틸 아세트아미드와 같은 아미드류; 아세톤 및 디아세톤 알코올과 같은 케톤류 및 케토알코올류; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르류; 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌 공중합체류; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥산 트리올과 같은 탄소 원자수가 2 내지 6개인 알킬렌 기를 포함하는 알킬렌 글리콜류; 에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르와 같은 저급 알킬 에테르류; 트리에틸렌 글리콜 디메틸(또는 에틸) 에테르 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸(또는 에틸) 에테르와 같은 폴리알코올류의 저급 디알킬 에테르류; 모노에탄올 아민류, 디에탄올 아민류 및 트리에탄올 아민류와 같은 알칸올 아민류; 및 술포레인, N-메틸-2-피롤리돈, 2-피롤리돈 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논이 포함된다.
이 용매들 중에서, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 2-피롤리돈, 글리세린 및 1,2,6-헥산 트리올이 바람직하게 사용된다.
본 발명의 물을 기재로 하는 잉크 중의 수용성 유기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 잉크의 전체 양을 기준으로 바람직하게는 3 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 이하이다.
또한, 옅은 잉크 중의 물 함량은 잉크의 전체 양을 기준으로 바람직하게는 50 중량% 이상, 바람직하게는 95 중량% 이하이다.
또한, 옅은 잉크는 바람직하게는 용매와 유사한 희석제로서 우레아 및 에틸렌 우레아 또는 트리메틸올프로판을 함유한다. 특히, 에틸렌 우레아 및 트리메틸올프로판는 본 발명에 매우 적합하다. 이들의 함량은 잉크 전체 중량에 대해 바람직하게는 1 중량% 이상, 바람직하게는 20 중량% 이하이다.
(잉크 세트)
이제 본 발명에 관한 잉크 세트을 설명한다.
본 발명의 잉크 세트은 제1잉크 및 제2잉크를 포함하며, 여기에서 상기 제1잉크는 본 발명에 따른 상술한 옅은 잉크이다. 상기 제2잉크는 제1잉크와 동일하거나 실질적으로 동일한 색조의 화상을 형성하나 제1잉크보다 높은 착색력을 갖는다. 본 발명에 있어서, 제2(짙은)잉크 및 제1(옅은)잉크는 동일한 색조의 화상을 제공하는 것으로 정의된다. 여기에서, 동일한 색조의 화상란 20 내지 50 pl 액적을 분사하는 잉크 젯 기록 헤드를 각각 사용하여 짙은 잉크 및 옅은 잉크로 보통 용지상에 360 dpi(인치 당 도트 수)×720 dpi의 화상을 형성하고, 그렇게 얻어진 화상들을 육안으로 관찰하여 문셀(Munsell) 색상 차트에 기초하여 10 문셀 부류(R, YR, Y, GY, G, BG, B, PB, P 및 RP)로 분류할 때 화상들이 동일한 부류 또는 인접한 부류에 속하는 것을 말한다.
또한, 높은 착색력이란 예컨대 착색 물질의 함량이 제1잉크보다 큰 것, 즉 착색 물질의 함량이 잉크 전체 양을 기준으로 1%보다 큰 것을 뜻한다. 나아가, 착색 물질의 종류는 제1잉크와 제2잉크간에 반드시 동일할 필요는 없다.
제1잉크, 즉 옅은 잉크는 이미 설명한 바 있다.
제2잉크, 즉 짙은 잉크에 적합한 안료, 수지성 분산제 및 수성 매질과 같은 성분들 및 조성물은 안료의 농도 및 안료에 대한 분산제의 비율을 제외하고 옅은 잉크에 대해 기술한 것과 동일하다.
짙은 잉크 중의 안료에 대한 수지성 분산제의 비율은 바람직하게는 옅은 잉크 중의 안료에 대한 분산제의 비율보다 작다. 안료에 대한 분산제의 중량비(분산제/안료)는 특별히 제한되지는 않지만 잉크의 장기간 보관 안정성을 위해 상기 비율은 바람직하게는 1/10 이상, 더욱 바람직하게는 1/8 이상, 보다 바람직하게는 1/6 이상이다. 또한, 잉크의 낮은 점도 및 우수한 토출 특성을 위해 상기 비율은 바람직하게는 1 이하, 더욱 바람직하게는 4/5 이하, 보다 바람직하게는 2/3 이하이다.
또한 본 발명의 잉크 세트에 있어서 짙은 잉크 및 옅은 잉크에 상이한 안료들을 사용할 수 있지만, 바람직하게는 동일한 안료를 사용하고 잉크 중의 그 양만 달리한다.
동일한 안료를 사용하는 옅은 잉크 및 짙은 잉크로 색상 계조(color gradation)를 표현하기 위해, 짙은 잉크의 안료 함량은 충분한 화상 농도를 위해 바람직하게는 1,5 중량% 이상이다. 잉크 중의 고형분이 높지 않아서 막힘이 거의 발생하지 않기 때문에 6 중량% 이하의 안료 함량이 바람직하다.
(잉크 젯 기록 장치, 기록 유닛 등)
본 발명의 잉크를 사용하여 기록을 수행하기 위한 잉크 젯 기록 장치로서 바람직한 장치는 기록 신호에 대응하여 기록 헤드 내의 잉크에 열 에너지를 주고 열 에너지에 의해 액적을 생성시키는 장치이다.
그러한 장치의 주요한 요소인 헤드 구조의 예들은 도 1, 2 및 3에 도시되어 있다. 도 1은 잉크의 유로를 따른 헤드(13)의 단면도이고, 도 2는 도 1의 2-2 선을 따른 단면도이다. 헤드(13)은 잉크가 통과하는 홈(14)를 가진 유리, 세라믹, 실리콘 또는 플라스틱 판 등을 열적 기록용 가열 헤드(15)에 결합시켜 제조한다(도면에 도시된 박막 헤드와 같은 것에 제한되지는 않음). 가열 헤드(15)는 실리콘 옥사이드 등으로 제조된 보호 필름(16), 알루미늄 전극(17-1 및 17-2), 니크롬 등으로 제조된 가열 저항층(18), 열 집적층(19) 및 우수한 열 복사 특성을 갖는 알루미나 등으로 제조된 기판(20)으로 구성된다.
잉크(21)은 토출 오리피스(미세한 개구부)(22)에 다다르고 압력 P에 의해 메니스커스(23)을 형성한다. 알루미늄 전극(17-1 및 17-2)에 전기 신호를 인가하면 가열 헤드(15)는 "n"으로 표시된 영역에서 신속하게 열을 발생시켜 이 영역과 접촉한 잉크(21) 중에 기포를 형성한다. 잉크의 메니스커스(23)은 이렇게 형성된 압력에 의해 튀어 나오고 잉크(21)은 기록 매체(25)를 향해 토출 오리피스(22)로부터 잉크 액적(24)의 형태로 토출된다.
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 다수의 헤드들의 배열로 이루어진 다중헤드의 외관을 도시한다. 다중헤드는 도 1에 도시된 것과 유사한 가열 헤드(28)에 다수의 홈들(26)을 갖는 유리 판(27)을 밀접하게 결합시켜 형성한다.
도 4는 상술한 바와 같은 헤드가 도입된 잉크 젯 기록 장치의 일 예를 도시한다. 도 4에서, 참조 번호 (61)은 한 쪽 끝이 캔틸레버를 형성하도록 블레이드 고정 부재에 의해 고정된 고정 말단인, 와이핑 부재로서 작용하는 블레이드를 나타낸다. 블레이드(61)은 기록 헤드(65)가 작동하는 영역에 인접한 부분에 제공되며, 본 실시 태양에 있어서 기록 헤드(65)가 이동하는 경로내로 돌출되는 형태로 고정된다. 참조 번호 (62)는 기록 헤드(65)의 토출구부 표면을 위한 캡을 나타내며, 블레이드(61)에 인접한 원 위치(home position)에 제공되고, 기록 헤드(65)가 이동하는 방향과 수직인 방향으로 이동하고 토출구부 면과 접촉하여 그것을 덮도록 설치된다. 참조 번호(63)은 블레이드(61)에 인접하여 제공되는 잉크 흡수 부재를 나타내며, 블레이드(61)과 유사하게 기록 헤드(65)가 이동하는 경로내로 돌출되는 형태로 고정된다.
상술한 블레이드(61), 캡(62) 및 잉크 흡수 부재(63)은 토출 회수부(64)를 구성하고, 여기에서 상기 블레이드(61) 및 잉크 흡수 부재(63)은 잉크 토출구부의 면으로부터 물, 먼지 등을 제거한다. 참조 번호 (65)는 토출 에너지 생성 수단을 가지며, 토출구부가 제공된 토출구부 면에 대향하도록 설치된 기록 매체상에 잉크를 토출하는데 기여하여 기록을 수행하는 기록 헤드를 나타낸다. 참조 번호 (66)은 그 위에 기록 헤드(65)가 장착되어 기록 헤드(65)가 움직일 수 있도록 하는 캐리지를 나타낸다. 캐리지(66)은 가이드 샤프트(67)과 활주식으로 맞물리고 모터(68)에 의해 구동되는 벨트(69)와 그 부분에서 연결된다(도시되지 않음). 즉, 캐리지(66)은 가이드 샤프트(67)을 따라 이동할 수 있으며, 따라서 기록 헤드(65)는 기록 영역으로부터 그에 인접한 영역까지 이동할 수 있다.
참조 번호 (51) 및 (52)는 각각 기록 매체가 삽입되는 공급부 및 모터에 의해 구동되는 공급 롤러(도시되지 않음)를 나타낸다. 이러한 구조에 의해 기록 매체는 기록 헤드(65)의 토출구부 면에 대향하는 위치로 공급되며 기록이 진행됨에 따라 전달 롤러(53)이 제공된 전달부로 전달된다.
상기 구조에 있어서, 토출 회수부(64)내의 캡(62)는 기록이 완료된 다음 기록 헤드(65)가 그 원 위치로 되돌아 올 때 기록 헤드(65)의 이동 경로로부터 후퇴하고, 블레이드(61)은 이동 경로내로 돌출된 채 남게 된다. 그 결과, 기록 헤드(65)의 토출구부면이 닦여진다. 캡(62)가 기록 헤드(65)의 토출구부 면과 접촉하게 되어 그것을 덮으면, 캡(62)는 기록 헤드(65)의 이동 경로내로 돌출되도록 이동한다.
기록 헤드(65)가 그 원 위치로부터 기록이 시작되는 위치로 이동할 때 캡(62) 및 블레이드(61)은 상술한 바와 같이 청소를 위한 위치와 동일한 위치이다. 그 결과, 기록 헤드(65)의 토출구부 면 역시 이러한 이동시에 닦여진다. 기록 헤드(65)의 원 위치로의 위와 같은 이동은 기록이 완료되거나 기록 헤드(65)가 토출을 위해 원위치로 돌아올 때 뿐만 아니라 기록 헤드(65)가 기록의 목적으로 기록 영역들 사이를 이동하는 기간에도 일어나며, 이때 헤드는 주어진 간격으로 각 기록 영역에 인접한 원 위치로 이동하고, 이에 따라 토출구부 면은 이러한 이동에 따라 닦여진다.
도 5는 예컨대 튜브와 같은 잉크 공급을 위한 부재를 통해 헤드에 공급되는 잉크가 담겨 있는 예시적인 잉크 카트리지(45)를 도시한다. 여기에서, 참조 번호 (40)은 잉크용 백에 의해 예시되는 것과 같은, 공급될 잉크를 담고 있는 잉크 용기를 나타낸다. 그 한쪽 끝에는 고무로 제조된 스토퍼(42)가 제공되어 있다. 바늘(도시되지 않음)을 이 스토퍼(42)에 삽입하여 잉크용 백(40)내의 잉크가 헤드에 공급되도록 할 수 있다. 참조 번호 (44)는 여분의 잉크를 수용하기 위한 잉크 흡수부재를 나타낸다. 본 발명에 있어서 잉크 용기는 폴리아세테이트류 및 폴리올레핀류로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로부터 제조된다. 잉크 용기(40)은 잉크가 접촉하게 되는 그 표면이 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌으로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 잉크 젯 기록 장치는 헤드 및 잉크 카트리지가 별도로 제공되는 위에 기술한 것과 같은 장치로 제한되지 않는다. 따라서, 도 6에 나타난 바와 같이 이러한 부재들이 일체 성형된 장치 또한 바람직하게 사용될 수 있다. 도 6에서 참조 번호 (70)은 그 내부에 잉크를 함유하는 잉크 용기, 예컨대 잉크 보유 부재가 포함되어 있는 기록 유닛을 나타낸다. 기록 유닛(70)은 그러한 잉크 보유 부재내의 잉크가 다수의 오리피스를 갖는 헤드부(71)를 통해 잉크 액적의 형태로 토출되도록 구성된다.
통상적으로 무기 화합물들의 중합체, 폴리비닐 아세테이트, 폴리올레핀류 등이 잉크 보유 부재용 재료로 사용되나, 상술한 바와 같이 본 발명에 있어서, 잉크 보유 부재는 폴리비닐 아세테이트 및 폴로올레핀류를 포함하는 군으로부터 선택된 화합물로 제조된다. 나아가, 다공성 재료로 제조되거나 다층 구조를 갖는 잉크 보유 부재가 바람직하게 사용되나, 잉크 보유 특성, 잉크 토출 특성 및 신뢰성의 관점에서 압축된 섬유 혼합재를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 잉크 용기내의 다층 배열 또는 섬유 배열이 잉크 토출 방향으로 배열되어 있는 다층 구조 또는 섬유 혼합재를 갖는 잉크 보유 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 잉크 용기와 접촉 표면을 갖는 잉크 보유 부재도 바람직하다. 참조 번호 (72)는 기록 유닛(70)의내부와 대기간의 소통을 위한 공기 통로를 나타낸다. 이러한 기록 유닛(70)은 도 4에 도시된 기록 헤드(65) 대신에 사용되며 카트리지(66)상에 분리되어 설치된다.
본 발명에 바람직하게 사용되는 기록 장치 및 기록 헤드의 기타 특정한 예들을 이하에서 설명한다. 도 7은 토출 시 기포가 대기와 연통하는 토출 시스템의 액체 토출 헤드의 주요부 및 이러한 헤드를 사용하는 액체 토출 장치로서의 예시적인 잉크 젯 프린터를 도시하는 개략적인 투시도이다.
도 7에서, 잉크 젯 프린터는 화살표 P로 나타낸 방향으로 케이싱(1008)내에서 길이 방향을 따라 제공된 기록 매체인 종이(1028)을 간헐적으로 이송하기 위한 이송 장치(1030), 상기 이송 장치(1030)에 의한 종이(1028)의 이송 방향 P에 실질적으로 직각인 화살표 S의 방향으로 가이드 샤프트(1014)에 실질적으로 평행인 방향으로 왕복 이동하는 기록부(1010) 및 상기 기록부(1010)을 왕복 운동시키기 위한 구동 수단인 구동부(1006)을 포함한다.
이송 장치(1030)은 서로 실질적으로 평행이면서 대향 관계에 있도록 배열된 한 쌍의 롤러 유닛(1022a와 1022b) 및 한 쌍의 롤러 유닛(1024a와 1024b), 및 이들 각각의 롤러 유닛들을 구동하기 위한 구동부(1020)을 포함한다. 이러한 구조에 의해 종이(1028)은 이송 장치(1030)의 구동부(1020)이 작동할 때 각각의 롤러 유닛 (1022a 및 1022b) 및 (1024a 및 1024b) 사이에 고정된 상태로 도 7에 화살표 P로 표시된 방향으로 간헐적으로 이송된다.
이동을 위한 구동부(1006)은 규정된 간격으로 대향하여 배열되어 있는 회전 샤프트상에 각각 제공되어 있는 풀리(1026a 및 1026b) 주위에 감겨 있는벨트(1016), 및 기록부(1010)의 카트리지 부재(1010a)에 결합되어 있고 전 후 방향으로 롤러 유닛(1022a 및 1022b)에 실질적으로 평행으로 배열되어 있는 벨트(1016) 구동용 모터(1018)을 포함한다.
모터(1018)이 작동하여 벨트(1016)이 도 7의 화살표 R의 방향으로 회전할 때, 기록부(1010)의 카트리지 부재(1010a)는 도 7에 화살표 S로 표시된 방향으로 규정된 양만큼 이동한다. 모터(1018)이 작동하여 벨트(1016)이 도 7에 화살표 R 방향의 역방향으로 회전할 때, 기록부(1010)의 카트리지 부재(1010a)는 도 7에 화살표 S 방향의 역방향으로 규정된 양만큼 이동한다. 이동용 구동부(1006)의 한 쪽 말단에, 기록부(1010)을 위한 토출 회수 작동을 수행하기 위한 회수 유닛(1026)이 카트리지 부재(1010a)의 원 위치에서의 기록부(1010)의 잉크 토출구부 배열에 대향하는 관계로 제공된다.
기록부(1010)에 있어서, 각각의 색상, 예컨대 황색, 마젠타, 시안 및 흑색들을 위한 잉크 젯 카트리지(본 명세서에서는 몇 몇 경우에는 단순히 "카트리지"라 함) 1012Y, 1012M, 1012C 및 1012B가 카트리지 부재(1010a) 상에 떨어져 고정되어 있다. 이 경우에, 본 발명에 관한 잉크 세트을 구성하는 제1 및 제2잉크들은 독립적인 카트리지내에 각각 담긴다. 기타 예들로는 예컨대 도 24에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 잉크들을 각각 별도로 함유하는 잉크 보유부(2401 및 2403)가 제공되고 도 25에 표시된 바와 같이 잉크 젯 기록 헤드(2501)과 떨어져 위치하는 잉크 카트리지(2405)가 포함된다. 도 24에 관한 잉크 카트리지는 도 25에 도시된 바와 같이 잉크 젯 기록 헤드(2501)상에 설치되고, 이에따라 기록 헤드에 제1잉크 및 제2잉크를 공급하고 각 잉크를 토출한다. 나아가, 도 24 및 도 25에서 잉크 카트리지 및 잉크 젯 기록 헤드가 떨어져 제공되는 구조에 관해 설명했지만 잉크 카트리지 및 잉크 젯 기록 헤드를 일체화한 구조도 또 다른 예로서 포함될 수 있다.
도 8은 상술한 잉크 젯 기록 장치상에 장착될 수 있는 예시적인 잉크 젯 카트리지를 도시한다. 이 실시 태양에서의 카트리지(1012)는 병렬형이고, 그 주요부는 잉크 젯 기록 헤드(100) 및 잉크와 같은 액체를 보유하기 위한 액체 탱크(1001)로 구성된다.
잉크 젯 기록 헤드(100)에 액체를 토출하기 위한 대다수의 토출구부(832)가 형성되며, 잉크와 같은 액체는 액체 탱크(1001)로부터 액체 공급 통로(도시되지 않음)를 따라 액체 토출 헤드(100) 내의 공용 액체 챔버(도 9 참조)로 향한다. 도 8에 도시된 카트리지(1012)는 잉크 젯 기록 헤드(100) 및 액체 탱크(1001)이 일체적으로 형성되도록 구성되고, 액체는 필요한 만큼 액체 탱크(1001)의 내부로 공급될 수 있다. 그러나, 액체 탱크(1001)이 이러한 액체 토출 헤드(100)와 대체되어 결합되는 구조 역시 채택할 수 있다.
이러한 구조의 잉크 젯 프린터 상에 장착될 수 있는 상술한 액체 토출 헤드의 특정한 예를 이하에서 자세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 잉크 젯 기록 장치에 사용하기에 적절한 액체 토출 헤드의 주요부를 전형적으로 예시하는 개략적인 투시도이고, 도 10 내지 13은 도 9에 표시된 액체 토출 헤드의 토출구부의 형태를 예시하는 정면도이다. 첨언하면, 이 도면들에서 전기열 전환 소자들을 구동하기 위한 전기 배선등은 생략하였다.
이 실시 태양에 따른 액체 토출 헤드에 있어서, 예컨대 도 9에 도시된 것과 같은 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 금속으로 이루어진 기판(934)를 사용한다. 그러한 기판의 재료 및 이하에서 기술할 액체 유로(流路) 및 토출구부를 형성하기 위한 재료층의 재료는 본 발명에 있어서 중요한 것은 아니며, 유로 부재의 일부 및 잉크 토출 에너지 생성 소자용 지지체로서 기능하기만 하면 특별히 제한되지는 않는다. 따라서, 이 실시 태양에 있어서, Si 기판(웨이퍼)를 사용하는 경우에 대해 설명한다. 토출구부는 그러한 기판(934)상에 형성될 수 있다. 이를 위한 공정은 레이저 빔에 의한 형성 공정 및 예컨대 이하에서 기술할 오리피스 플레이트(토출구부 플레이트)(935)로 사용되는 감광성 수지를 사용하여 MPA(거울 투영 정렬기)와 같은 노출 장치에 의해 토출구부를 형성하는 공정을 포함한다.
도9에 있어서 도면 부효 934는 전기 열변환 소자(이하, 히터로 기술하는 경우가 있음)(931), 및 공통 액실부로서의 긴 홈 형태의 관통구로 이루어지는 잉크 공급구(933)를 구비하는 기판이다. 잉크 공급구(933)의 길이방향의 양측에는 전기 열변환 소자의 간격이, 예를 들면, 300 dpi가 되도록, 열 에너지 발생 수단인 히터(931)가 1열씩 지그재그 형으로 배열되어 있다. 또한, 이 기판(934) 위에는, 잉크 유로를 형성하기위한 잉크 유로벽(936)이 설치된다. 나아가, 상기 잉크 유로벽(936) 위에는, 토출구(832)를 구비한 토출구 플레이트(935)가 설치된다.
도9에서는 잉크 유로벽(936)과 토출구 플레이트(935)가 별도의 부재로서 표시되어 있다. 그러나, 상기 잉크 유로벽(936)을, 예를 들면, 스핀 코오팅 등의 방법에 의해서 기판(934) 위에 형성함으로써 잉크 유로벽(936)과 토출구플레이트(935)를 동일 부재로서 동시에 형성할 수 있다. 이러한 실시태양에서는 토출구면(상부 표면)(935a) 측이 발수 처리된다.
예시된 장치에서는, 도7의 화살표 S 방향으로 주사하면서 기록을 행하는 직렬(serial) 타입의 헤드를 이용하여, 예를 들면, 1,200 dpi로 기록을 행한다. 구동 주파수는 10 kHz이고, 토출은 하나의 토출 구에서 최단 시간 간격 100 μs 마다 수행된다.
또한, 헤드의 수치의 예로는, 예를 들면, 도10에 도시한 바와 같이, 인접하는 노즐에서 유체를 서로 격리하는 칸막이 벽(936a)은 너비(w)가 14 μm 이다. 도13에 도시한 바와 같이, 잉크 유로벽(936)에 의해 형성되는 발포실(1337)은 Nl(발포실의 너비)이 33 μm이고 N2(발포실의 길이)는 35 μm이다. 히터(931)의 크기는 30 μm x 30 μm이고, 히터의 저항치는 53 Ω이며, 구동 전압은 10.3 V 이다. 또한, 잉크 유로벽(936) 및 칸막이 벽(936a)의 높이가 12 μm이고 토출구 플레이트의 두께가 11 μm인 헤드가 사용될 수 있다.
도9에 도시한 바와 같이, 토출구(832)를 포함하는 토출구 플레이트에 설치된 토출구(940)의 단면 중에서, 잉크의 토출 방향(오리피스 플레이트(935)의 두께 방향)에 교차하는 방향에서 절단하여 본 단면의 형상은 도 11에 도시한 바와 같이 거의 별(star) 형태 이고, 둔각의 모서리를 갖는 6개의 융기부(832a) 및 이들 융기부(832a) 사이에 교대로 배치되고 예각의 모서리를 갖는 6개의 함몰부(832b) 로 일반적으로 구성되어 있다. 보다 구체적으로, 6개의 홈(홈의 위치에 관하여는 도14의 1141a 참조)이 그들의 꼭대기 부분으로서 토출구의 중심 O으로부터 국소적으로 멀리 위치된 함몰부(832b) 및, 바닥 부분으로서 이들 함몰부(832b)와 인접하고 토출구의 중심 O으로부터 국소적으로 가까이 위치된 융기부(832a)를 형성함에 의하여, 도 9에 표시된 오리피스 플레이트의 두께 방향(액체의 토출 방향)에 형성되어 있다.
예시한 액체 토출 헤드에서는, 토출구(940)가, 예를 들면, 그 두께 방향으로 교차하는 방향에서 절단한 단면이 한 변이 27 μm인 두개의 정삼각형을 각각에 대하여 60도 회전시킨 상태로 조합한 형상으로 되어 있다. 도11에 표시된 T1은 8 μm 이다. 융기부(832a)의 각은 전부 120도인 반면에, 함몰부(832b)의 각은 60도이다.
따라서, 토출구의 중심 0와 상호 인접하는 홈의 중심부(홈의 꼭대기 부분 및이 꼭대기 부분에 인접하는 2개의 바닥 부분을 연결하여 형성되는 다각형의 중심(무게 중심))를 연결하여 형성되는 다각형의 무게 중심 G가 일치한다(도 11참조). 본 실시태양의 토출구(832)의 개구 면적은 400 μm2이고, 각각의 홈의 개구 면적(홈의 꼭대기 부분 및 이 꼭대기 부분에 인접하는 2개의 바닥 부분을 연결하여 형성된 각각의 형상의 면적)은 약 33 μm2이다.
도12는 도11에 표시된 토출구 부분의 잉크 점착 상태를 표시하는 통상적인 예시도이다.
상기에 기재된 구성을 갖는 잉크 젯 기록 헤드에 의한 액체의 토출 동작에 대해서는 하기의 도14 내지 도21을 이용하여 설명한다.
도14 내지 도21은 도9 내지 도13에 나타낸 액체 토출 헤드에 의한 액체 토출 동작을 설명하기 위한 단면도이고, 도l3에 표시된 발포실(1337)의 선 14-14에 따라 취해진 단면도이다. 이 단면도에서 토출구부(940)의 오리피스 플레이트 두께 방향의 단부는 홈(1141)의 꼭대기 부분(1141a) 이다.
도14는 히터 위에 필름 형태의 기포가 형성된 상태를 예시하고, 도15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21은 각각 도14의 상태로부터 약 1 μs후, 약 2 μs후, 약 3 μs후, 약 4 μs후, 약 5 μs후, 약 6 μs후 및 약 7 μs 후의 상태를 예시한다. 또한, 이하의 기재에서, "낙하(drop)" 또는"낙하에 의한 삽입(drop-in)"은 소위 중력 방향의 낙하 방향을 의미하는 것이 아니고, 헤드의 장착 방향과 무관하게 전기열변환 소자의 방향으로 운동하는 것을 의미한다.
우선, 도14에 도시한 바와 같이, 기록 신호에 따라 히터(931)에 에너지를 공급함에 의하여 히터(931) 위의 액체 유로(1338)에 기포(101)가 형성되고, 상기 기포는 약 2 μs 동안 도l5 및 도16에 도시한 바와 같이 신속하게 체적 팽창하여 성장한다. 기포(101)의 최대 체적시의 높이는 토출구 면(935a)보다 크다. 이때, 기포의 압력은 대기압의 수분의 1로부터 수십분의 1까지 감소한다.
기포(101)의 생성되고 약 2 μs 경과 후의 시점에서, 기포(101)의 체적은 최대체적으로부터 상기에 기재된 체적으로 감소하고, 이와 거의 동시에 메니스커스(1004)가 형성되기 시작한다. 상기 메니스커스(1004)도 도17에 도시된 바와 같이 히터(931) 방향으로 후퇴(즉, 낙하)한다.
이러한 실시태양에서, 도시된 액체 토출 헤드의 토출구부는 다수의 홈(1141)을 분산된 상태로 보유하고, 이에 의해 메니스커스(1004)가 후퇴할 때에, 홈(1141)의 부분에서는 메니스커스 후퇴 방향 FM과는 반대 방향 FC에 모세관 힘이 작용한다. 그 결과, 어떠한 원인에 의해 기포(101)의 상태에 다소의 변화가 발생할 경우에도, 메니스커스의 후퇴 시 메니스커스 및 주액적(이하에서, 액체 또는 잉크로 기재되는 경우가 있음) Ia의 형상이 토출구 중심에 대하여 거의 대칭인 형태를 형성할 수 있도록 보정된다.
도시된 액체토출 헤드에서는, 상기 메니스커스(1004)의 낙하 속도가 기포(101)의 수축 속도보다도 빠르기 때문에, 도18에 도시한 바와 같이, 기포의 생성으로부터 약 4 μs 후의 시점에 기포(101)가 토출구(832) 하면 근방의 대기와 연통한다. 이 때, 토출구(832)의 중심축 근방의 액체(잉크)는 히터(931)를 향하여 낙하하는데, 이는 대기와 연통하기 전의 기포(101)의 부압(負壓)에 의해서 히터(931) 측으로 향하게 된 액체(잉크) Ia가 기포(101)의 대기 연통 후에도 관성 때문에 히터(931) 방향의 속도를 유지하기 때문이다.
히터(931)측 방향으로 낙하한 액체(잉크)는, 도19에 도시된 바와 같이, 기포(101)의 생성으로부터 약 5 μs 후에 히터(931)의 표면에 도달하고, 도20에 도시된 바와 같이 히터(931)의 표면을 퍼져서 덮는다. 상기에 기재된 바와 같이 히터(931)의 표면을 덮도록 퍼진 액체는 히터(931)의 표면에서 수평 방향의 벡터를 갖는다. 그러나, 히터(931)과 교차하는 방향의 벡터, 예를 들면, 수직 방향의 벡터는 소멸하여 액체는 히터(931)의 표면상에 유지되려고 하며, 이에 의하여 상기 액체보다 상부에 위치하는 액체, 즉 토출 방향의 속도 벡터를 유지하는 액체를 하방향으로 잡아당긴다.
그 후, 히터(931)의 표면에 퍼진 액체와 이러한 액체의 상부의 액체(주액적) 사이의 액체 부분 Ib가 가늘게 되고, 기포의 생성으로부터 약 7 μs 후에 도 21에 도시한 바와 같이 히터(931)의 표면의 중앙에서 액체 부분 Ib가 절단되어, 토출 방향의 속도 벡터를 유지하는 주액적 Ia와 히터(931)의 표면상에 퍼진 액체 IC로 분리된다. 이러한 분리의 부위는 액체 유로(1338)의 내부이며, 바람직하게는 토출구(832)보다 전기 열변환 소자(931)에 가까운 쪽이다.
주액적 Ia는 토출방향으로의 편향 및 토출 엉킴이 없이 토출구(832)의 중앙부로부터 토출되어, 기록 매체의 기록면의 소정 위치에 충돌된다. 종래에 주액적에 이은 위성 액적(satellite droplet)으로 토출되었던 히터(931)의 표면상에 퍼진 액체 Ic는 히터(931)의 표면상에 멈춰 토출되지 않는다.
상기에 기재된 바와 같이 위성 액적의 토출을 방지할 수 있기 때문에, 위성 액적의 토출에 의하여 발생하기 쉬운 스플래쉬(splash) 및 안개형으로 부유하는 미스트(mist)에 의해 기록 매체의 기록면이 오염되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 도18 내지 도21에서, 도면 부호 Id 및 Ie는 각각 홈부에 부착된 잉크(홈내의 잉크) 및 액체 유로 내에 잔존하고 있는 잉크를 나타낸다.
상기에 기재된 바와 같이, 도시된 액체 토출 헤드에서는, 기포가 최대 체적으로 성장한 후 체적감소 단계에서 액체를 토출할 때, 토출구 중심에 대하여 상대적으로 분산된 다수의 홈에 의해 토출시의 주액적의 방향을 안정화시킬 수 있다. 그 결과, 토출 방향의 엉킴이 없고, 충돌 정밀도(impact accuracy)가 높은 액체 토출 헤드를 제공할 수가 있다. 또한, 높은 구동 주파수에서 기포의 변이에 관계없이 토출을 안정적으로 행할 수 있고, 이에 의하여 고속 고정밀 인쇄가 가능하다.
특히, 도시한 액체 토출 헤드에서는, 기포의 체적 감소 단계에서 기포를 처음으로 대기와 연통시키는 것에 의하여 액체를 토출함으로써, 기포를 대기와 연통시켜 액적을 토출할 때에 발생하는 미스트를 방지할 수 있기 때문에, 소위, 갑작스런 불토출의 요인이 되는, 토출구 표면에 액적이 부착하는 상태를 억제할 수 있다.
토출시에 기포를 대기와 연통하는 토출 방식의 기록 헤드의 또 다른 실시 태양으로서, 예를 들면, 일본 특허 제2783647호에 기재된 바와 같은 소위 에지 슈터(edge shooter) 형을 들 수 있다.
특히, 본 발명은 잉크 젯 기록 방식의 중에서도 열 에너지를 이용하여 토출될 비행(flying) 액적을 형성함으로써 기록을 행하는 잉크 젯 방식의 기록 헤드 및 기록 장치에서 탁월한 효과를 제공한다.
그 대표적인 구성이나 원리에 대해서는, 예를 들면, 미국 특허 제4,723,129호 및 동 제4,740,796호에 개시되어 있는 기본적인 원리를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 방식은 소위 온-디맨드(on-demand)형 및 연속형 중 어느 하나에 적용할 수 있다. 특히, 온-디맨드형이 유효한데, 이는 기록 정보에 대응되고 필름 비등(film boiling)을 초과하는 급속한 온도 상승을 제공하는 적어도 하나의 구동 신호를 액체(잉크)가 보유되어 있는 시이트나 액로(液路)에 대응하여 배치된 전기열 변환기에 인가함으로써, 전기열 변환기가 열 에너지를 발생시키게 하여 기록 헤드의 열 작용면에 필름 비등이 발생하게 하고, 이에 의하여 구동 신호에 일 대 일로 응답하여 액체(잉크) 안에서 기포가 형성되도록 할 수 있기 때문이다. 상기 기포의 성장-수축에 의해 토출용 개구를 통해 액체(잉크)가 토출되어 적어도 하나의 액적이 형성된다. 상기 구동 신호가 펄스형으로 인가되는 경우에, 기포의 성장-수축이 즉시 적절히 수행되어지기 때문에, 특히 응답성이 우수한 액체(잉크)의 토출이 달성될 수 있다.
펄스형의 구동 신호로는, 미국 특허 제4,463,359호 및 동 제4,345,262호에 기재된 바와 같은 신호들이 적합하다. 또한, 상기열 작용면의 온도 상승율에 관한 발명인 미국 특허 제4,313,124호에 기재되어 있는 조건을 채용하면, 더욱 우수한 기록을 수행할 수 있다.
본 발명에 사용될 잉크 젯 기록 장치를 구성하는 기록 헤드의 구성으로서, 상기에 예를 든 미국 특허 명세서에 개시되어 있는 것 같은 토출구, 액체 유로 및 전기열변환기의 조합에 의한 구성(선형 액체 유로 또는 직각형 액체 유로)외에도, 열 작용부가 곡선형 영역에 배치되어 있는 구성을 개시하는 미국 특허 제4,558,333호 및 동 제4,459,600호를 바탕으로하는 구성을 또한 바람직하게 사용할 수 있다.
더불어, 다수의 전기열 변환기에 대하여 공통되는 슬릿이 전기열 변환기의 토출부로 사용되는 구성을 개시하는 일본 특허 공개 제59-123670호를 바탕으로 하는 구성 및 열 에너지의 압력파를 흡수하는 개구가 토출부에 대응하여 제공된 구성을 개시하는 일본 특허 공개 제59-138461호를 바탕으로 하는 구성도 본 발명에 유효할 수 있다.
나아가, 기록 장치가 기록할 수 있는 기록 매체의 최대 너비에 상응하는 길이를 갖는 풀-라인(full-line) 형 기록 헤드로써, 길이가 상기에 기재된 명세서에 개시되어 있는 것 같은 다수 기록 헤드의 조합에 부합되는 구성 및 하나의 기록 헤드가 일체로 형성된 구성이 사용될 수 있고, 상기에 기재된 본 발명의 효과가 더욱 효과적으로 발휘될 수 있다.
더불어, 장치 본체와의 전기적인 접속 및 장치 본체로부터의 잉크의 공급이 장치 본체에 장착하는 것에 의하여 가능하게 되는 교체형 칩타입 기록 헤드, 또는 기록 헤드 자체에 일체형으로 잉크 탱크가 설치된 카트리지 타입의 기록 헤드를 이용하는 경우에도 본 발명이 유효하다.
나아가, 본 발명에 사용될 잉크 젯 기록 장치의 구성에 제공되는 기록 헤드 용 회복 수단, 및 예비적인 보조 수단 등을 부가하는 것은, 본 발명의 효과를 한층 안정화 할 수 있기 때문에 바람직하다. 구체적으로, 기록 헤드 대한 캡핑(capping) 수단, 청소 수단, 가압 또는 흡입 수단, 전기열 변환기 또는 이것과는 별도의 가열 소자 또는 이들의 조합에 의한 예비 가열 수단, 및 기록과는 별도의 토출을 행하는 예비 토출 모드도 안정된 기록의 수행에 유효하다.
기록 장치의 기록 모드로서는 흑색 등의 주요색만의 기록 모드뿐만 아니라, 기록 헤드를 일체적으로 구성하거나 또는 다수의 기록 헤드를 서로 조합함에 의하여, 상이한 색의 복합색 및 색의 혼합에 의한 전체색 중 적어도 하나를 구비한 장치에도 본 발명은 매우 유효하다.
상기에 기재된 본 발명의 실시태양에서는 잉크를 액체로서 기재하고 있다.그러나, 상기에 기재된 잉크 젯 방식에서는 잉크의 점성을 안정한 토출 범위에 포함되도록 조절하기 위하여 잉크 자체의 열 제어가 30 내지 70 ℃ 범위 내에서 수행되므로, 실온에서 액체이거나 또는 유연화되거나 또는 사용되는 기록 신호가 인가될 때 액체 상을 나타내는 것이기만 하면, 실온 또는 그 이하의 온도에서 고화되는 잉크도 사용될 수 있다.
또한, 기록 신호에 따른 열 에너지 인가에 의하여 액화되거나 액체 잉크로서 토출되지만, 열 에너지를 고상으로부터 액상으로의 잉크의 상태 변화를 위한 에너지로서 사용하는 것에 의하여 잉크의 승온을 적극적으로 방지하는 잉크, 잉크의 증발 방지를 위하여 방치시 고화되는 잉크, 및 열 에너지에 의하여 최초로 액화되는 특성을 갖지만, 기록 매체에 도달하는 시점에는 이미 고화하기 시작하는 잉크 등을 또한 본 발명에 적용할 수 있다. 상기와 같은 경우에, 잉크는, 일본 특허 공개 제54-56847호 또는 일본 특허 공개 제60-71260호에 기재된 바와 같이, 다공질 시트 관통 구멍 또는 함몰부 내에서 액형 또는 고형물로서 유지된 상태로, 전기열 변환기에 대향하는 형태로 존재할 수있다. 본 발명에 있어서는 상기에 기재된 필름 비등 방식이 상기 기재된 잉크에 가장 효과적이다.
나아가, 본 발명에 따른 기록 장치의 형태로서는, 워드 프로세서 및 컴퓨터 등의 정보 처리기기용 화상 출력 단말기로서 일체형 또는 분리형으로 제공되는 장치의 형태 및 판독기(reader)와 조합된 복사 장치 및 송수신 기능을 갖는 팩시밀리 장치의 형태도 채용될 수 있다.
이하에서는, 상기에 기재된 액체 토출 헤드를 탑재하는 액체 토출 장치에 대하여 개략적으로 기재한다.
도22는 상기에 기재된 액체 토출 헤드가 장착되어 적용될 수 있는 액체 토출 장치의 일 예인 잉크 젯 기록 장치(600)의 개략 사시도이다. 도22에서, 잉크 젯 헤드 카트리지(601)는 상기에 기재된 액체 토출 헤드와 액체 토출 헤드에 공급될 잉크를 보유하는 잉크 탱크가 일체로 구성된 것이다. 상기 잉크 젯 헤드 카트리지(601)는 구동 모터(602)의 정방향 및 부방향 회전에 연동하여 구동력 전달 기어(603 및 604)를 통해 회전하는 리드스크류(leadscrew)(605)의 나선홈(606)에 결합된 캐리지(carriage)(607) 위에 탑재되어, 구동 모터(602)의 동력에 의해서 캐리지(607)와 함께 가이드(608)을 따라 화살표 a, b 방향으로 왕복 움직인다. 기록 매체 P'는 기록 매체 운송 수단(도시되어 있지 않음)에 의해서 플라텐(platen) 롤러(609) 위에서 운송되며, 종이 압축 플레이트(610)에 의해 캐리지(607)의 이동방향에 걸쳐 플라텐 롤러(609)에 대하여 가압된다.
리드스크류(605)의 한 쪽 단부 근방에는에 포토커플러(photocoupler)(611 및 612)가 배치되어 있다. 이들은 캐리지(607)의 레버(607a)가 이 영역에 존재하고 있다는 것을 확인하여, 구동 모터(602)의 회전 방향 전환 등을 행하기 위한 원위치 감지 수단이다.
지지 부재(613)는 토출구가 존재하는 잉크 젯 헤드 카트리지(601)의 전방면(토출구면)을 덮는 캡 부재(614)를 지지한다. 또한, 잉크 흡입 수단(615)은 잉크 젯 헤드 카트리지(60l)로부터 공토출(空吐出)(dummy-ejection) 등에 의하여 캡 부재(614)의 내부에 저장된 잉크를 흡입하는 것이다. 상기 잉크 흡입 수단(6l5)에 의해 캡내 개구(도시되지 않음)를 통하여 잉크 젯 헤드 카트리지(601)의 흡입 회복이 수행된다. 잉크 젯 헤드 카트리지(601)의 토출구면을 청소하기 위한 클리닝 블레이드(617)가 이동 부재(618)에 의해 전후 방향(상기 캐리지(607)의 이동 방향과 수직 방향)으로 이동할 수 있게 제공된다. 이들 클리닝 블레이드(617) 및 이동 부재(618)는 본체 지지체(619)에 의하여 지지된다. 클리닝 블레이드(6l7)은 상기와 같은 형태에 한하지 않고, 기타 다른 주지의 클리닝 블레이드가 사용될 수 있다.
액체 토출 헤드의 흡입 회복 조작시, 흡입을 개시시키는 레버(620)는 캐리지(607)와 결합된 캠(621)의 이동에 따라 이동하며, 구동 모터(602)로부터의 구동력은 클러치 전환 등의 공지의 전달 수단에 의하여 이동 제어된다. 잉크 젯 헤드 카트리지(601)의 액체 토출 헤드에 설치된 히터에 신호를 인가하거나 상기에 기재된 각각의 기구의 구동 제어를 담당하는 잉크 젯 기록 제어부는 장치 몸체부 측에 설치되고 있으나, 여기서는 도시하지 않는다.
잉크 젯 헤드 카트리지(601)가 기록 매체 P'의 전체 너비에 걸쳐 왕복 이동하는 동안에, 상기에 기재된 구성을 갖는 잉크 젯 기록 장치(600)가 기록 매체 운송 수단(도시하지 않음)에 의하여 플라텐 롤러(609) 위에서 운송되는 기록 매체 P' 위에 기록을 수행한다.
<실시예>
하기에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 또한, 실시예 및 비교예에 사용된 부는 질량부를 나타내고, %는 질량% 나타낸다.
잉크는 하기와 같이 제조되었다.
<시안 잉크 1>
(1) 분산액의 제조
우선, 벤질 아크릴레이트와 메타크릴산을 원료로 사용하는 통상의 방법에 의하여 산가 300 및 수평균 분자량 2000의 AB형 블록 중합체를 제조하고, 제조된 중합체를 수산화칼륨 수용액으로 중화한 후, 생성된 용액을 이온 교환수로 희석하여 균질한 50% 중합체 수용액을 제조하였다.
상기 중합체 용액 500 g에 C.I. 피그먼트 블루 15:3 100 g 및 이온 교환수 400 g을 부가하고, 30분간 예비혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용(interaction) 챔버를 통하여 5회 통과시키는것에 의하여 마이크로플루이다이저(microfluidizer) 처리를 하였다.
나아가, 생성된 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 시안 분산액을 얻었다. 얻어진 시안 분산액은 안료 농도가 5%이고 분산제 농도가 14% 이었다.
(2) 시안 잉크 1의 제조
상기 시안 분산액에 하기 성분들을 하기에 나타낸 바와 같이 부가하고, 완전히 혼합하고 교반하였다. 상기 혼합물을 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 포토 필름사 (Fuji Photo Film Co., Ltd.) 제조)를 통하여 감압 여과하여, 안료농도가 0.5%이고 분산제 농도 1.4%인 안료 잉크를 제조하였다.
상기 시안 분산액 10 부
글리세린 12 부
디에틸렌 글리콜 10 부
폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(EO 30) 1 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH; 가와껜 파인 케미칼즈사(Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.) 제품) 0.5 부
이온 교환수 66.5 부
<마젠타 잉크 1>
(1) 분산액의 제조
우선, 벤질 아크릴레이트와 메타크릴산을 원료로 사용하는 통상의 방법에 의하여 산가 250 및 수평균 분자량 3000의 AB형 블록 중합체를 제조하고, 제조된 중합체를 수산화칼륨 수용액으로 중화한 후, 생성된 용액을 이온 교환수로 희석하여 균질한 50% 중합체 수용액을 제조하였다.
상기 중합체 용액(300 g), C.I. 피그먼트 레드 122(100 g) 및 이온 교환수(400 g)을 혼합한 후, 혼합물을 0.5 시간 동안 기계적으로 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호 작용 챔버를 통하여 6회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 생성된 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 마젠타 분산액을 얻었다. 얻어진 마젠타 분산액은 안료 농도가 6%이고 분산제 농도가 10% 이었다.
(2) 잉크의 제조(마젠타 잉크 1)
상기 마젠타 분산액에 하기 성분들을 하기에 나타낸 바와 같이 부가하고, 완전히 혼합하고 교반하였다. 상기 혼합물을 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 포토 필름사 제조)를 통하여 감압 여과하여, 안료 농도가 0.6%이고 분산제 농도 1%인 잉크를 제조하였다.
상기 마젠타 분산액 10 부
글리세린 8 부
1,2,6-헥산 트리올 5 부
트리메틸올 프로판 5 부
폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(EO 40) 0.5 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH;가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.5 부
이온 교환수 71 부
<시안 잉크 2>
(1) 분산액의 제조
우선, 벤질 아크릴레이트, 메타크릴산 및 에톡시에틸렌 글리콜 메타크릴레이트를 원료로서 사용하는 통상의 방법에 의하여, 산가 350 및 수평균 분자량 250O의 ABC형 블록 중합체를 제조하고, 제조된 중합체를 수산화칼륨 수용액으로 중화한 후 이온 교환수로 희석하여 균질한 50% 중합체 수용액을 제조하였다.
상기 50% 중합체 용액(550 g), C.I. 피그먼트 블루 15:4(100 g) 및 이온 교환수(350 g) 혼합한 후 기계적으로 0.5시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호 작용 챔버을 통하여 5회 통과시키는 것에 의하여 마이크로플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 함유하는 비-분산물을 제거함으로써, 시안 분산액을 얻었다. 얻어진 시안 분산액은안료 농도가 5%이고 분산제 농도가 15%이었다.
(2) 잉크(시안 잉크 2)의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합하고, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 0.3%이고 분산제 농도 3%인 안료 잉크가 제조되었다.
상기 시안 분산액 6 부
상기 50% 중합체 용액 4.2 부
글리세린 10 부
트리에틸렌 글리콜 5 부
폴리옥시에틸렌 베헤닐 에테르(EO 15)* 0.5 부
에틸렌 우레아 10 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH; 가와껜 파인 케미칼즈사(Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.) 제품) 0.5 부
이온 교환수 68.3 부
* 폴리옥시에틸렌 베헤닐 에테르 C22H43-O-(CH2CH2O)15H
<마젠타 잉크 2>
(1) 분산액의 제조
시안 잉크 1에 사용된 50% 중합체 용액(330 g), C.I. 피그먼트 레드 122(100 g) 및 이온 교환수(370 g)을 혼합한 후, 생성된 용액을 기계적으로 0.5 시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용 챔버를 통하여 6회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 마젠타 분산액을 얻었다. 얻어진 마젠타 분산액은 안료 농도가 6%이고 분산제 농도가 9% 이었다.
(2) 잉크의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합한 후, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 0.9%이고 분산제 농도 1.35%인 잉크가 제조되었다.
상기 마젠타 분산액 15 부
글리세린 10 부
디에틸렌 글리콜 10 부
2-피롤리돈 5 부
폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르(EO 20) 0.5 부
수르피놀 440(가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.1 부
이온 교환수 59.4 부
<마젠타 잉크 3>
(1) 분산액의 제조
시안 잉크 1에 사용된 50% 중합체 용액(260 g), C.I. 피그먼트 레드 122(100 g) 및 이온 교환수(440 g)을 혼합한 후, 생성된 용액을 기계적으로 0.5 시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용 챔버를 통하여 6회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 마젠타 분산액을 얻었다. 얻어진 마젠타 분산액은 안료 농도가 6%이고 분산제 농도가 7.2% 이었다.
(2) 잉크(마젠타 잉크 3)의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합한 후, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 0.9%이고 분산제 농도 1.08%인 잉크가 제조되었다.
상기 마젠타 분산액 15 부
글리세린 10 부
디에틸렌 글리콜 10 부
2-피롤리돈 5 부
폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르(EO 20) 0.5 부
수르피놀 440(가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.1 부
이온 교환수 59.4 부
<시안 잉크 3>
(1) 분산액의 제조
시안 잉크 1에 사용된 50% 중합체 용액(90 g), C.I. 피그먼트 블루 15:3(100 g) 및 이온 교환수(310 g)을 혼합한 후, 생성된 용액을 기계적으로 0.5 시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용 챔버를 통하여 5회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20 분간)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 시안 분산액을 얻었다. 얻어진 시안 분산액은 안료 농도가 10%이고 분산제 농도가 5% 이었다.
(2) 잉크(시안 잉크 3)의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합한 후, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 0.5%이고 분산제 농도 0.25%인 시안 잉크 3이 제조되었다.
상기 시안 분산액 5 부
글리세린 10 부
디에틸렌 글리콜 10 부
폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(EO 30) 1 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH:가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.5 부
이온 교환수 73.5 부
<짙은 시안 잉크 1>
(1) 분산액의 제조
시안 잉크 1에 사용된 50% 중합체 용액(120 g), C.I. 피그먼트 블루 15:3(100 g) 및 이온 교환수(280 g)을 혼합한 후, 생성된 용액을 기계적으로 0.5 시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용 챔버를 통하여 5회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 시안 분산액을 얻었다. 얻어진 시안 분산액은 안료 농도가 10%이고 분산제 농도가 7% 이었다.
(2) 잉크(짙은 시안 잉크 1)의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합한 후, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 3%이고 분산제 농도 2.1%인 짙은 시안 잉크 1이 제조되었다.
상기 시안 분산액 30 부
글리세린 12 부
디에틸렌 글리콜 10 부
폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(EO 30) 1 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH:가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.5 부
이온 교환수 46.5 부
<짙은 마젠타 잉크 1>
(1) 분산액의 제조
마젠타 잉크 1에 사용된 50% 중합체 용액(90 g), C.I. 피그먼트 레드 122(100 g) 및 이온 교환수(310 g)을 혼합한 후, 생성된 용액을 기계적으로 0.5 시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 액체 압력 약 10,000 psi(약 700 kg/cm2) 하에서 상호작용 챔버를 통하여 6회 통과시키는것에 의하여 마이크로-플루이다이저를 사용하여 처리하였다.
나아가, 얻어진 분산액을 원심 분리(12,000 rpm, 20분)하여 거친 입자를 포함하는 비-분산물을 제거함으로써, 마젠타 분산액을 얻었다. 얻어진 마젠타 분산액은 안료 농도가 10%이고 분산제 농도가 5% 이었다.
(2) 잉크(짙은 마젠타 잉크 1)의 제조
하기 성분들을 교반하여 완전히 혼합한 후, 세공 크기가 2.5 μm인 마이크로필터(후지 필름사 제품)를 통하여 감압 여과하였다. 안료 농도가 4%이고 분산제 농도 2%인 짙은 마젠타 잉크가 제조되었다.
상기 마젠타 분산액 40 부
글리세린 12 부
디에틸렌 글리콜 10 부
폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(EO 30) 1 부
아세틸렌 글리콜의 EO 첨가제(상표명 Acetylenol EH:가와껜 파인 케미칼즈사 제품) 0.5 부
이온 교환수 36.5 부
상기 언급된 시안 잉크 1(C1), 마젠타 잉크 1(M1), 시안 잉크 2(C2), 마젠타 잉크 2(M2), 마젠타 잉크 3(M3), 시안 잉크 3(C3), 짙은 시안 잉크 1(DC1) 및 짙은마젠타 잉크 1(DM1)의 조성 및 B/P 비가 하기 표1에 요약되어 있다.
C1 M1 C2 M2 M3 C3 DC1 DC2
블록 공중합체(벤질아크릴레이트메타크릴산) 1.4 1 3 1.35 7.2 5 2.1 2
PBI 15:3PBI 15:4PR 122 0.5 0.6 0.3 0.9 6 10 3 4
글리세린디에틸렌 글리콜폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르1,2,6-헥산 트리올트리메틸올프로판폴리옥시에틸렌 세틸 에테르트리에틸렌 글리콜에틸렌 우레아폴리옥시에틸렌 베헤닐 에테르2-피롤리돈폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르 1210 8550.5 105100.5 101050.5 101050.5 10101 12101 12101
수르피놀 440아세틸레놀 EH 0.5 0.5 0.5 0.1 0.1 0.5 0.5 0.5
물 66.5 71 63.8 59.4 59.4 73.5 46.5 36.5
B/P 비 2.8 1.7 10 1.5 1.2 0.5 0.7 0.5
<실시예 1>
상기에 기재된 바와 같이 얻어진 시안 잉크 1을 기록 신호에 따라 열 에너지를 인가함에 의하여 잉크를 토출시키는 온-디맨드형 기록 헤드를 다수 갖는 잉크 젯 컬러 기록 장치 BJF-850(캐논사 제품)에 적용하여 화상을 형성함에 의하여, 내- 광 시험 및 토출 시험을 수행하였다.
우선, 본 실시예의 잉크를 사용하여 기록 매체 HG-201(캐논사 제품) 위에 완전한 고상 화상(full solid image)을 인쇄 하였다. 이 경우, 완전한 고상 인쇄 부의 잉크 주입량은 1Og/m2내지 12g/m2의 범위로 하였다. 이어서, 상기 얻어진 인쇄물에 수퍼 크세논 SX-15(수가 테스트 인스트루먼트사(Suga Test Instrument Co.,Ltd.) 제품)를 이용하여 크세논 램프로 30O 시간까지 가속 내광 시험(accelerated light fastness test)을 수행하였다. 매 100 시간마다 내광 시험 도중의 인쇄물의 OD치를 X-Rlte(X-Rlte사 제품)를 사용하여 측정하였다. 이어서, 상기 측정치들로부터 초기 OD치와 내광 시험 도중의 0D치 사이의 차이를 계산하여, 광퇴색의 매개변수로서 OD 잔존율(광 노출 후의 OD치/초기 OD치 x 100(%))를 얻었다. 결과가 도23에 예시되어 있다. 상기 OD 잔존율의 수치가 작을수록, 인쇄물의 농도의 열화가 더 크다.
또한, 잉크를 BJF-850(캐논사 제품)를 사용하여 10 개의 노즐로부터 2 x 108펄스로 연속 토출시켜 불-토출의 발생 및 히터 표면의 부착물의 유무를 관측하였다. 결과가 하기 표2(토출 내구성 시험 1)에 나타나 있다.
표2에서, 토출 내구성 시험은 하기 기준을 바탕으로 평가하였다.
A : 10개의 노즐 모두 토출 문제가 없고, 히터면에 부착물이 관측되지 않음;
B : 10개의 노즐 모두 토출 문제가 없지만, 히터면에 약간의 부착물이 관측됨;
C : 토출 문제가 없는 노즐이 7 내지 9개임; 및
D : 토출 문제가 없는 노즐이 6개 이하임.
나아가, 잉크를 상기 토출 내구성 시험 1에서와 동일한 방식으로 4 x 108펄스로 연속 토출시켜 토출 내구성을 평가하였다. 결과가 하기 표2(토출 내구성 시험 2)에 나타나 있다.
<실시예 2>
상기에 기재된 바와 같이 제조한 마젠타 잉크 1의 내광성 및 토출 내구성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과가 도23 및 표2에 나타나 있다.
<실시예 3>
상기에 기재된 바와 같이 제조한 시안 잉크 2의 내광성 및 토출 내구성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과가 도23 및 표2에 나타나 있다.
< 실시예 4>
상기에 기재된 바와 같이 제조한 마젠타 잉크 2의 내광성 및 토출 내구성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과가 도23 및 표2에 나타나 있다.
<실시예 5>
상기에 기재된 바와 같이 제조한 마젠타 잉크 3의 내광성 및 토출 내구성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과가 도23 및 표2에 나타나 있다.
<비교예 1>
상기에 기재된 바와 같이 제조한 시안 잉크 3의 내광성 및 토출 내구성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과가 도23 및 표2에 나타나 있다.
도23으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 잉크는 광열화가 거의 없고 양호한 내광성을 나타내었다. 한편, 비교예 1의 잉크는 광열화를 유발시켰다.
또한, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 잉크는 비교예 1의 잉크보다 토출 내구성이 우수하였다.
안료 농도(%) B/P 비 토출 내구성 1 토출 내구성 2
실시예 1 0.5 2.8 A A
실시예 2 0.6 1.7 A A
실시예 3 0.3 10 A A
실시예 4 0.9 1.5 A A
실시예 5 0.9 1.2 A B
비교예 1 0.5 0.5 D D
<실시예 6>
상기에 기재된 바와 같이 얻어진 시안 잉크 1 및 짙은 시안 잉크 1을 포함하는 잉크 세트를 잉크 젯 컬러 기록 장치 BJF-850(캐논사 제품)에 적용하여 이들 2종의 잉크의 조합에 의하여 형성된 계조 화상(gradation image)를 인쇄하였다. 이어서, 상기 얻어진 인쇄물에 대하여 수퍼 크세논 SX-15(수가 테스트 인스트루먼트사 제품)를 이용하여 30O 시간까지 가속 내광 시험을 수행하였다.
본 실시예의 잉크 세트를 사용한 인쇄물은 계조의 경계가 매끄러웠고 내광 시험 후에도 초기 조건과 달라지지 않았다.
<실시예 7>
상기에 기재된 바와 같이 얻어진 마젠타 잉크 1 및 짙은 마젠타 잉크 1을 포함하는 잉크 세트를 실시예 6과 동일한 방식으로 평가하였다.
본 실시예의 잉크 세트를 사용한 인쇄물은 계조의 경계가 매끄러웠고 내광 시험 후에도 초기 조건과 달라지지 않았다.
본 발명의 옅은 잉크는 우수한 화상 견뢰도(특히, 내광성)를 제공하고, 열 에너지를 사용하는 매우 정밀한 헤드에 사용되는 경우에도 장시간 동안 훌륭한 토출 특성을 갖는다. 또한, 상기와 같은 옅은 잉크를 사용하는 본 발명의 짙은 잉크 및 옅은 잉크의 잉크 세트는 장시간 외부 환경에 노출된 후에도 색균형(color balance)를 유지하며 고품질의 화상을 제공한다.

Claims (32)

  1. 수성 매질 및 분산제와 함께 수성 매질에 분산된 착색 물질을 포함하고, 상기 착색 물질이 잉크 총 중량에 대하여 1중량% 이하로 함유되며, 상기 분산제 대 상기 착색 물질의 비(B/P 비)가 1보다 큰 열 잉크 젯 기록용 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분산제가 수지성 분산제인 잉크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수지성 분산제가 블록 중합체를 포함하는 것인 잉크.
  4. 수성 매질 및 분산제와 함께 수성 매질에 분산된 착색 물질을 포함하고, 상기 착색 물질이 잉크 총 중량에 대하여 1중량% 이하로 함유되며, 상기 분산제 대 상기 착색 물질의 비(B/P 비)가 1보다 크고, 상기 분산제가 블록 중합체를 포함하는 것인 잉크.
  5. 제1항 또는 4항에 있어서, 상기 B/P 비가 1.2 이상인 잉크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 B/P 비가 1.5 이상인 잉크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 착색 물질이 안료인 잉크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 안료가 시안 색인 잉크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시안 안료가 C.I. 피그먼트 블루 15:3 및 C.I. 피그먼트 블루 15:4로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 1종인 잉크.
  10. 제7항에 있어서, 상기 안료가 마젠타 색인 잉크.
  11. 제10항에 있어서, 상기 마젠타 안료가 C.I. 피그먼트 레드 122인 잉크.
  12. 제1항 또는 제4항에 있어서, 비이온성 계면활성제를 포함하는 것인 잉크.
  13. 제4항에 있어서, 잉크 젯 기록용인 잉크.
  14. 제4항에 있어서, 열적 잉크 젯 기록용인 잉크.
  15. 제1항에 따른 제1잉크, 및 제1잉크로 형성된 것과 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 기록 매체상에 형성시키고, 제1잉크보다 착색력이 큰 열적 잉크 젯 기록용 제2잉크를 포함하는 잉크 세트.
  16. 제4항에 따른 제1잉크, 및 제1잉크로 형성된 것과 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 색조를 갖는 화상을 기록 매체 상에 형성시키고, 제1잉크보다 착색력이 큰 열 잉크 젯 기록용 제2잉크를 포함하는 잉크 세트.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제2잉크가 수성 매질 및 분산제와 함께 상기 수성 매질에 분산된 착색 물질을 함유하는 것인 잉크 세트.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1잉크의 B/P 비가 상기 제2잉크보다 큰 잉크 세트.
  19. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1잉크 및 제2잉크 모두 시안 색을 갖는 것인 잉크 세트.
  20. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1잉크 및 제2잉크 모두 마젠타 색을 갖는 것인 잉크 세트.
  21. 제16항에 있어서, 상기 제1잉크 및 제2잉크 모두 잉크 젯 기록용 잉크인 잉크 세트.
  22. 제16항에 있어서, 상기 제1잉크 및 제2잉크 모두 열적 잉크 젯 기록용인 잉크인 잉크 세트.
  23. 기록 신호에 따라 제1항 또는 제13항에 따른 잉크를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법.
  24. 기록 신호에 따라 열 에너지를 사용하여 제15항의 잉크 세트를 구성하는 제1잉크 및 제2잉크 중 적어도 하나를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법.
  25. 기록 신호에 따라 제21항의 잉크 세트를 구성하는 제1잉크 및 제2잉크 중 적어도 하나를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법.
  26. 제1항에 따른 잉크를 함유하는 잉크 용기 및 상기 잉크를 토출시키기 위한 열적 잉크 젯 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  27. 제13항에 따른 잉크를 함유하는 잉크 용기 및 상기 잉크를 토출시키기 위한 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  28. 제15항에 따른 잉크 세트를 구성하는 제1잉크 및 제2잉크를 각각 함유하는 잉크 용기들 및 상기 각각의 잉크를 토출시키기 위한 열적 잉크 젯 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  29. 제21항에 따른 잉크 세트를 구성하는 제1잉크 및 제2잉크를 함유하는 잉크 용기들 및 상기 각각의 잉크를 토출시키기 위한 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  30. 제22항에 따른 잉크 세트를 구성하는 각각의 제1잉크 및 제2잉크를 함유하는 잉크 용기 및 상기 각각의 잉크를 토출시키기 위한 열적 잉크 젯 헤드들을 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  31. 제1항 또는 제13항에 따른 잉크를 함유하는 잉크 용기 및 상기 잉크를 토출시키기 위한 잉크 젯 헤드를 포함하는 기록 유닛.
  32. 제1항 또는 제4항에 따른 잉크를 함유하는 잉크 용기를 포함하는 잉크 카트리지.
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