JP2005187725A - 活性光線硬化型インクジェットインクとそれを用いた画像形成方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

活性光線硬化型インクジェットインクとそれを用いた画像形成方法及びインクジェット記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、分散安定性に優れ、かつ、出射安定性に優れた活性光線硬化型インクジェットインクと、これを用いて様々な記録材料に高精細な画像を安定に再現できる記録方法及び記録装置を提供することである。
【解決手段】 光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、該光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ該分散剤の酸価がアミン価よりも大きいことを特徴とする活性光線硬化型インクジェットインク。
【選択図】 なし

Description

本発明は、様々な記録材料に高精細な画像を安定に再現できる活性光線硬化型インクジェットインクとそれを用いた画像形成方法及びインクジェット記録装置に関するものである。
近年、インクジェット記録方式は簡便・安価に画像を作成できるため、写真、各種印刷、マーキング、カラーフィルター等の特殊印刷等、様々な印刷分野に応用されてきている。特に、微細なドットを出射、制御するインクジェット記録装置や、色再現域、耐久性、出射適性を改良したインクジェットインク及びインクジェットインクの吸収性、色材の発色性、表面光沢等を飛躍的に向上させた専用紙を用い、銀塩写真に匹敵する画質を得ることも可能となっている。今日のインクジェット記録方式の画質向上は、主に、インクジェット記録装置、インクジェットインク及び専用紙の全てがそろって初めて達成されている。
しかしながら、専用紙を必要とするインクジェットシステムは、記録媒体が制限されること、記録媒体のコストアップが問題となる。そこで、専用紙と異なる被転写媒体へインクジェット方式により記録する試みが多数なされている。具体的には、室温で固形のワックスインクを用いる相変化インクジェット方式、速乾性の有機溶剤を主体としたインクを用いるソルベント系インクジェット方式や、記録後に活性光線、例えば、紫外線(UV光)を照射して架橋させる活性光線硬化型インクジェット方式などである。
中でも活性光線硬化型インクジェット方式は、ソルベント系インクジェット方式に比べて比較的低臭気であり、即乾性、インク吸収性がない記録媒体への画像記録ができる点で、近年注目されつつあり、紫外線硬化型インクジェットインクが数多く開示されている(例えば、特許文献1〜6参照。)。
上記インクジェット記録方式に用いられる色材としては、形成される画像の堅牢性の観点から、主に顔料を分散したインクが用いられることが多い。
一般に、顔料分散において、安定した分散特性を達成するには、顔料と分散剤をいかに吸着させるかが大きな課題であり、溶剤が極性であれば非極性な相互作用、非極性であれば極性な相互作用が用いられる。例えば、水系であれば非極性な相互作用、非極性な溶剤系であれば、極性の相互作用が用いられる。
その中で、溶剤系の顔料分散においては、酸塩基概念を用いることが提唱されている。すなわち、顔料が酸性であれば塩基性分散剤、顔料が塩基性であれば酸性分散剤を用いる。この様な観点より、使用する分散剤の特性に関し規定した提案が数多くなされている(例えば、特許文献3、特許文献7〜10参照。)。しかしながら、紫外線硬化型インクジェットインクにおいて、顔料分散時に用いる分散剤の酸化、アミン価や、組み合わせる分散質である顔料の特性に関しては一切の言及がなされていない。
一般に、活性光線により硬化するインクジェットインクにおいて、溶剤系でありながら重合性基由来の極性基が存在するため、顔料と分散剤の吸着が難しい系である。従来の塗料等に比べて、インクジェットインクにおいては顔料分散性は重要な課題である。インクジェット記録方式は、微細なノズルより高速に顔料粒子を含む液滴を射出する記録方式であるため、分散が不安定であると出射が不安定となりインクジェットインクとしては致命的な問題となる。用いる顔料に対して適切な分散剤を選択することが必須であるが、いまだその解決方法がないのが現状である。
特開2002−179967号公報 特開2002−241654号公報 特開2002−348478号公報 特開2003−147233号公報 特開2003−253155号公報 特開2003−55563号公報 特開平5−262808号公報 特開平8−38875号公報 特開2002−338863号公報 特開2003−128966号公報
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、分散安定性に優れ、かつ、出射安定性に優れた活性光線硬化型インクジェットインクと、これを用いて様々な記録材料に高精細な画像を安定に再現できる記録方法及び記録装置を提供することである。
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
(請求項1)
光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、該光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ該分散剤の酸価がアミン価よりも大きいことを特徴とする活性光線硬化型インクジェットインク。
(請求項2)
光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、該光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ前記顔料のアミン価が酸価よりも大きいことを特徴とする活性光線硬化型インクジェットインク。
(請求項3)
前記顔料のアミン価が酸価よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の活性光線硬化型インクジェットインク。
(請求項4)
インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該活性光線硬化型インクジェットインクが該記録材料上に着弾した後、0.001〜1秒の間に活性光線を照射することを特徴とする画像形成方法。
(請求項5)
インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該活性光線硬化型インクジェットインクが該記録材料上に着弾し、活性光線を照射して硬化した後の総膜厚が2〜25μmであることを特徴とする画像形成方法。
(請求項6)
インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該インクジェット記録ヘッドがラインヘッド方式のインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする画像形成方法。
(請求項7)
請求項4〜6のいずれか1項に記載の画像形成方法に用いるインクジェット記録装置であって、活性光線硬化型インクジェットインク及びインクジェット記録ヘッドを35〜100℃に加熱した後、吐出することを特徴とするインクジェット記録装置。
本発明によれば、分散安定性に優れ、かつ、出射安定性に優れた活性光線硬化型インクジェットインクと、これを用いて様々な記録材料に高精細な画像を安定に再現できる記録方法及び記録装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ顔料の分散に酸価がアミン価よりも大きい分散剤を用いた活性光線硬化型インクジェットインク、あるいは光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつアミン価が酸価よりも大きい顔料を用いた活性光線硬化型インクジェットインクにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った次第である。
従来より、顔料の分散において塩基性の分散剤を用いることは広く知られているが、本発明者らが、顔料について引き続き分散性あるいは分散安定性の検討を行った結果、活性光線硬化型インクジェットインクに用いる顔料分散物として満足すべき分散方法を見出すことができなかった。本発明者らが、更に鋭意研究を進めた結果、分散剤として酸性分散剤を用いること、あるいは顔料として塩基性顔料を用いることにより、上記課題を解決することができ、極めて高い分散安定性を有するが活性光線硬化型インクジェットインクを得ることができた。
以下、本発明の詳細について説明する。
本発明の活性光線硬化型インクジェットインク(以下、単に本発明のインクともいう)においては、分散剤として酸価がアミン価よりも大きい分散剤を用いることが特徴である。
本発明でいう酸価あるいはアミン価は、電位差滴定により求めることがであると、本発明の目的効果を得ることができず、また30mg/gKOH以上であると、熱反応で硬化する懸念がある。でき、例えば、色材協会誌61,[12]692−698(1988)に記載の方法で測定することができる。顔料や分散剤を複数用いる場合は、その質量平均として表示することができる。
本発明のインクにおいては、分散剤の酸価がアミン価よりも大きく、その差が1mg/gKOH以上、30mg/gKOH未満であることが好ましい。酸価とアミン価との差が1mg/gKOH未満であると、本発明の目的効果を得ることができず、また30mg/gKOH以上であると、熱反応で硬化する懸念がある。
本発明において用いることのできる分散剤としては、本発明で規定する条件を満たすものであれば、低分子量分散剤、高分子分散剤のいずれも使用することが可能ではあるが、その中でも高分子分散剤が好ましい。分散剤の好ましい具体例としては、例えば、味の素ファインテクノ社製のアジスパーPB822、味の素ファインテクノ社製のアジスパーPB821等を挙げることができるが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のインクにおいては、上記分散剤と共に、分散質である顔料として、アミン価が酸価よりも大きい顔料を選択することが好ましく、アミン価と酸価との差が1mg/gKOH以上、10mg/g未満であることが好ましい。アミン価と酸価との差が1mg/gKOH未満であると、本発明の目的効果を得ることができず、また10mg/gKOH以上であると、塩基性処理を過度に行う必要がありコストアップとなり好ましくない。
本発明で用いることのできる顔料としては、アミン価が酸価よりも大きければ、種々の顔料を用いることができる。
本発明で用いることのできる顔料の具体例を、以下に例示するが、以下に挙げる顔料において、アミン価が酸価より大きな顔料を用いることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〈C.I.Pigment Yellow〉
1、2、3、12、13、14、16、17、73、74、75、81、83、87、93、95、97、98、109、114、120、128、129、138、151、154
〈C.I.Pigment Red〉
5、7、12、22、38、48:1、48:2、48:4、49:1、53:1、57:1、63:1、101、112、122、123、144、146、168、184、185、202
〈C.I.Pigment Violet〉
19、23
〈C.I.Pigment Blue〉
1、2、3、15:1、15:2、15:3、15:4、18、22、27、29、60
〈C.I.Pigment Green〉
7、36
〈C.I.Pigment White〉
6、18、21
〈C.I.Pigment Black〉

本発明に用いる顔料には、必要に応じて種々の公知の表面処理を行ってもよい。
上記顔料の分散には、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサ、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パールミル、湿式ジェットミル、ペイントシェーカー等を用いることができる。また、必要に応じて分散助剤として、各種顔料に応じたシナージストを用いることも可能である。これらの分散剤および分散助剤は、顔料100質量部に対し、1〜50質量部添加することが好ましい。分散媒体は、溶剤または重合性化合物を用いて行うが、本発明のインクでは、インク着弾直後に、活性光線を照射して反応・硬化させるため、無溶剤であることが好ましい。溶剤が硬化画像に残ってしまうと、耐溶剤性の劣化、残留する溶剤のVOCの問題が生じる。よって、分散媒体は溶剤ではなく、重合性化合物、その中でも最も粘度の低いモノマーを選択することが分散適性上好ましい。
顔料の分散は、顔料粒子の平均粒径を0.08〜0.5μmとすることが好ましく、最大粒径は0.3〜10μm、好ましくは0.3〜3μmとなるよう、顔料、分散剤、分散媒体の選定、分散条件、ろ過条件を適宜設定する。この粒径管理によって、ヘッドノズルの詰まりを抑制し、インクの保存安定性、インク透明性および硬化感度を維持することができる。
顔料濃度としては、組成物全体の1質量%乃至10質量%であることが好ましい。
本発明のインクは、少なくともイエローのインクジェットインク、マゼンタのインクジェットインク、シアンのインクジェットインク、ブラックのインクジェットインクを有するインクジェットインクセットに用いることができ、いわゆるカラーのインクジェットプリントに一般的に用いられている複数のインクをセットにしたインクセットのことができる。本発明において、インクジェットインクセットはインクジェットインクセットの有するインクジェットインクの全てが本発明のインクであることが好ましく、このインクセットを用いてインクジェット画像を形成すると色混じりの解決された画像を形成することができる。
更にインクジェットで写真画像を形成するために、色材含有量を各々変化させたいわゆる濃淡インクを調整して用いることもできる。また、必要に応じて、赤、緑、青、白等の特色インクを用いることも色再現上好ましい。
本発明のインクにおいては、本発明で規定する酸価/アミン価の特性を有する分散剤及び/または顔料を選択することが分散安定性に必要であり、分散安定性が不足すると沈降等による記録ヘッドのノズル等における目詰まりや構造粘性を発現する。インクジェット記録において、構造粘性の発現は間欠出射時にインクが増粘し、その結果、出射速度低下等の出射不良を発生させる。特に、出射速度低下は、キャリッジを有するインクジェット記録装置においては、例えば、双方向印字においてキャリッジ折り返し間の時間でインクが増粘、出射速度低下により、着弾位置ずれとなって現れる。また、ラインヘッド印字による場合、連続で吐出しているノズルから出たインクの着弾位置とそれまで印字していないノズルから出射されたインク液滴の着弾位置がずれてしまう。
本発明のインクにおいては、光重合性化合物として、ラジカル重合性化合物を用いることが特徴である。
本発明のインク用いられるラジカル重合性化合物としては、ラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物であり、分子中にラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を少なくとも1つ有する化合物であればどのようなものでもよく、例えば、モノマー、オリゴマー、ポリマー等の化学形態をもつものが含まれる。ラジカル重合性化合物は1種のみ用いてもよく、また目的とする特性を向上するために任意の比率で2種以上を併用してもよい。
ラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸及びそれらの塩、エステル、ウレタン、アミドや無水物、アクリロニトリル、スチレン、さらに種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、不飽和ウレタン等のラジカル重合性化合物が挙げられる。
具体的には、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、カルビトールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパンアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、エポキシアクリレート等のアクリル酸誘導体、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、アリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ジメチルアミノメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、2,2−(ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル))プロパン等のメタクリル誘導体、その他、アリルグリシジルエーテル、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート等のアリル化合物の誘導体が挙げられ、さらに具体的には、山下晋三編、「架橋剤ハンドブック」;(1981年大成社);加藤清視編、「UV・EB硬化ハンドブック(原料編)」(1985年、高分子刊行会);ラドテック研究会編「UV・EB硬化技術の応用と市場」、79頁、(1989年、シーエムシー);滝山栄一郎著、「ポリエステル樹脂ハンドブック」、(1988年、日刊工業新聞社)等に記載の市販品もしくは業界で公知のラジカル重合性ないし架橋性モノマー、オリゴマー及びポリマーを用いるkとができる。上記ラジカル重合性化合物の添加量は好ましくは1〜97質量%であり、より好ましくは30〜95質量%である。
ラジカル重合開始剤としては、特公昭59−1281号、特公昭61−9621号、及び特開昭60−60104号等の各公報記載のトリアジン誘導体、特開昭59−1504号及び特開昭61−243807号等の各公報に記載の有機過酸化物、特公昭43−23684号、特公昭44−6413号、特公昭44−6413号及び特公昭47−1604号等の各公報並びに米国特許第3,567,453号明細書に記載のジアゾニウム化合物、米国特許第2,848,328号、同第2,852,379号及び同2,940,853号各明細書に記載の有機アジド化合物、特公昭36−22062号、特公昭37−13109号、特公昭38−18015号、特公昭45−9610号等の各公報に記載のオルト−キノンジアジド類、特公昭55−39162号、特開昭59−14023号等の各公報及び「マクロモレキュルス(Macromolecules)」、第10巻、第1307頁(1977年)に記載の各種オニウム化合物、特開昭59−142205号公報に記載のアゾ化合物、特開平1−54440号公報、ヨーロッパ特許第109,851号、ヨーロッパ特許第126,712号等の各明細書、「ジャーナル・オブ・イメージング・サイエンス(J.Imag.Sci.)」、第30巻、第174頁(1986年)に記載の金属アレン錯体、特開平4−56831号明細書及び特願平4−89535号明細書に記載の(オキソ)スルホニウム有機ホウ素錯体、特開昭61−151197号公報に記載のチタノセン類、「コーディネーション・ケミストリー・レビュー(Coordination Chemistry Review)」、第84巻、第85−第277頁(1988年)及び特開平2−182701号公報に記載のルテニウム等の遷移金属を含有する遷移金属錯体、特開平3−209477号公報に記載の2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体、四臭化炭素や特開昭59−107344号公報記載の有機ハロゲン化合物等が挙げられる。これらの重合開始剤はラジカル重合可能なエチレン不飽和結合有する化合物100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲で含有されるのが好ましい。
本発明のインクで、活性光線による重合するラジカル重合性化合物として用いている化合物は、主にエチレン不飽和結合を持ち、不飽和結合のπ電子が弱い塩基性を示すため、塩基性の分散剤を用いた場合、顔料への吸着が競争となるため、安定な分散が得られない。一方、酸性の分散剤を用いることにより、競争吸着がなくなり安定な分散が得られると考えている。更に、アミン価が酸価よりも大きな顔料を用いることでその効果が増すと考えている。
本発明の活性光線硬化型インクジェットインクには、上記説明した以外に様々な添加剤を用いることができる。例えば、界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、膜物性を調整するためのポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類を添加することができる。また、インクの保存性を高めるために、重合禁止剤を200ppm〜2000ppm添加することができる。紫外線硬化型のインクジェットインクは、加熱、低粘度化して射出することが好ましいので、熱重合によるヘッド詰まりを防ぐためにも重合禁止剤を入れることが好ましい。また、カチオン重合性モノマーと開始剤を組み合わせ、ラジカル・カチオンのハイブリッド型硬化インクとすることも可能である。
本発明で用いることのできる記録材料としては、通常の非コート紙、コート紙などの他、いわゆる軟包装に用いられる各種非吸収性のプラスチックおよびそのフィルムを用いることができ、各種プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、延伸ポリスチレン(OPS)フィルム、延伸ポリプロピレン(OPP)フィルム、延伸ナイロン(ONy)フィルム、ポリ塩化ビニル(PVC)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)フィルムを挙げることができる。その他のプラスチックとしては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ABS、ポリアセタール、PVA、ゴム類などが使用できる。また、金属類や、ガラス類にも適用可能である。これらの記録材料の中でも、特に熱でシュリンク可能な、PETフィルム、OPSフィルム、OPPフィルム、ONyフィルム、PVCフィルムへ画像を形成する場合に本発明の構成は、有効となる。これらの基材は、インクの硬化収縮、硬化反応時の発熱などにより、フィルムのカール、変形が生じやすいばかりでなく、インク膜が基材の収縮に追従し難い。
これら各種プラスチックフィルムの表面エネルギーは、素材の特性により大きく異なり、記録材料によってはインク着弾後のドット径が変わってしまうことが、従来から問題となっていた。本発明の構成では、表面エネルギーの低いOPPフィルム、OPSフィルムや表面エネルギーの比較的大きいPETまでを含む、表面エネルギーが35〜60mN/mの広範囲の記録材料に良好な高精細な画像を形成できる。
本発明において、包装の費用や生産コスト等の記録材料のコスト、プリントの作製効率、各種のサイズのプリントに対応できる等の点で、長尺(ウェブ)な記録材料を使用する方が有利である。
次に、本発明の画像形成方法について説明する。
本発明の画像形成方法においては、上記のインクをインクジェット記録方式により記録材料上に吐出、描画し、次いで紫外線などの活性光線を照射してインクを硬化させる方法が好ましい。
(インク着弾後の総インク膜厚)
本発明では、記録材料上にインクが着弾し、活性光線を照射して硬化した後の総インク膜厚が2〜25μmであることが好ましい。スクリーン印刷分野の活性光線硬化型インクジェット記録では、総インク膜厚が25μmを越えているのが現状であるが、記録材料が薄いプラスチック材料であることが多い軟包装印刷分野では、前述した記録材料のカール・皺の問題でだけでなく、印刷物全体のこし・質感が変わってしまうという問題が有るため、過剰な膜厚のインク吐出は好ましくない。
尚、ここで「総インク膜厚」とは記録材料に描画されたインクの膜厚の最大値を意味し、単色でも、それ以外の2色重ね(2次色)、3色重ね、4色重ね(白インクベース)のインクジェット記録方式で記録を行った場合でも総インク膜厚の意味するところは同様である。
(インクの吐出条件)
インクの吐出条件としては、記録ヘッド及びインクを35〜100℃に加熱し、吐出することが吐出安定性の点で好ましい。活性光線硬化型インクは、温度変動による粘度変動幅が大きく、粘度変動はそのまま液滴サイズ、液滴射出速度に大きく影響を与え、画質劣化を起こすため、インク温度を上げながらその温度を一定に保つことが必要である。インク温度の制御幅としては、設定温度±5℃、好ましくは設定温度±2℃、更に好ましくは設定温度±1℃である。
また、本発明では、各ノズルより吐出する液滴量が2〜20plであることが好ましい。本来、高精細画像を形成するためには、液滴量がこの範囲であることが必要であるが、この液滴量で吐出する場合、前述した吐出安定性が特に厳しくなる。本発明によれば、インクの液滴量が2〜20plのような小液滴量で吐出を行っても吐出安定性は向上し、高精細画像が安定して形成出来る。
(インク着弾後の光照射条件)
本発明の画像形成方法においては、活性光線の照射条件として、インク着弾後0.001秒〜1.0秒の間に活性光線が照射されることが好ましく、より好ましくは0.001秒〜0.5秒である。高精細な画像を形成するためには、照射タイミングが出来るだけ早いことが特に重要となる。
活性光線の照射方法として、その基本的な方法が特開昭60−132767号に開示されている。これによると、ヘッドユニットの両側に光源を設け、シャトル方式でヘッドと光源を走査する。照射は、インク着弾後、一定時間を置いて行われることになる。更に、駆動を伴わない別光源によって硬化を完了させる。米国特許第6,145,979号では、照射方法として、光ファイバーを用いた方法や、コリメートされた光源をヘッドユニット側面に設けた鏡面に当て、記録部へUV光を照射する方法が開示されている。本発明の画像形成方法においては、これらの何れの照射方法も用いることが出来る。
また、活性光線を照射を2段階に分け、まずインク着弾後0.001〜2.0秒の間に前述の方法で活性光線を照射し、かつ、全印字終了後、更に活性光線を照射する方法も好ましい態様の1つである。活性光線の照射を2段階に分けることで、よりインク硬化の際に起こる記録材料の収縮を抑えることが可能となる。
従来、UVインクジェット方式では、インク着弾後のドット広がり、滲みを抑制のために、光源の総消費電力が1kW・hrを超える高照度の光源が用いられるのが通常であった。しかしながら、これらの光源を用いると、特に、シュリンクラベルなどへの印字では、記録材料の収縮があまりにも大きく、実質上使用出来ないのが現状であった。
本発明では、254nmの波長領域に最高照度をもつ活性光線を用いることが好ましく、総消費電力が1kW・hr以上の光源を用いても、高精細な画像を形成出来、且つ、記録材料の収縮も実用上許容レベル内に収められる。
本発明においては、更に活性光線を照射する光源の総消費電力が1kW・hr未満であることが好ましい。総消費電力が1kW・hr未満の光源の例としては、蛍光管、冷陰極管、熱陰極管、LEDなどがあるが、これらに限定されない。
次いで、本発明のインクジェット記録装置(以下、単に記録装置という)について説明する。
以下、本発明の記録装置について、図面を適宜参照しながら説明する。尚、図面の記録装置はあくまでも本発明の記録装置の一態様であり、本発明の記録装置はこの図面に限定されない。
図1は本発明の記録装置の要部の構成を示す正面図である。記録装置1は、ヘッドキャリッジ2、記録ヘッド3、照射手段4、プラテン部5等を備えて構成される。この記録装置1は、記録材料Pの下にプラテン部5が設置されている。プラテン部5は、紫外線を吸収する機能を有しており、記録材料Pを通過してきた余分な紫外線を吸収する。その結果、高精細な画像を非常に安定に再現できる。
記録材料Pは、ガイド部材6に案内され、搬送手段(図示せず)の作動により、図1における手前から奥の方向に移動する。ヘッド走査手段(図示せず)は、ヘッドキャリッジ2を図1におけるY方向に往復移動させることにより、ヘッドキャリッジ2に保持された記録ヘッド3の走査を行なう。
ヘッドキャリッジ2は記録材料Pの上側に設置され、記録材料P上の画像印刷に用いる色の数に応じて後述する記録ヘッド3を複数個、吐出口を下側に配置して収納する。ヘッドキャリッジ2は、図1におけるY方向に往復自在な形態で記録装置1本体に対して設置されており、ヘッド走査手段の駆動により、図1におけるY方向に往復移動する。
尚、図1ではヘッドキャリッジ2がホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)、ライトイエロー(Ly)、ライトマゼンタ(Lm)、ライトシアン(Lc)、ライトブラック(Lk)、ホワイト(W)の記録ヘッド3を収納するものとして描図を行なっているが、実施の際にはヘッドキャリッジ2に収納される記録ヘッド3の色数は適宜決められるものである。
記録ヘッド3は、インク供給手段(図示せず)により供給された活性光線硬化型インク(例えばUV硬化インク)を、内部に複数個備えられた吐出手段(図示せず)の作動により、吐出口から記録材料Pに向けて吐出する。記録ヘッド3により吐出されるUVインクは色材、重合性モノマー、開始剤等を含んで組成されており、紫外線の照射を受けることで開始剤が触媒として作用することに伴なうモノマーの架橋、重合反応によって硬化する性質を有する。
記録ヘッド3は記録材料Pの一端からヘッド走査手段の駆動により、図1におけるY方向に記録材料Pの他端まで移動するという走査の間に、記録材料Pにおける一定の領域(着弾可能領域)に対してUVインクをインク滴として吐出し、該着弾可能領域にインク滴を着弾させる。
上記走査を適宜回数行ない、1領域の着弾可能領域に向けてUVインクの吐出を行なった後、搬送手段で記録材料Pを図1における手前から奥方向に適宜移動させ、再びヘッド走査手段による走査を行ないながら、記録ヘッド3により上記着弾可能領域に対し、図1における奥方向に隣接した次の着弾可能領域に対してUVインクの吐出を行なう。
上述の操作を繰り返し、ヘッド走査手段及び搬送手段と連動して記録ヘッド3からUVインクを吐出することにより、記録材料P上にUVインク滴の集合体からなる画像が形成される。
照射手段4は特定の波長領域の紫外線を安定した露光エネルギーで発光する紫外線ランプ及び特定の波長の紫外線を透過するフィルターを備えて構成される。ここで、紫外線ランプとしては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザー、紫外線レーザー、冷陰極管、熱陰極管、ブラックライト、LED(light emitting diode)等が適用可能であり、帯状のメタルハライドランプ、冷陰極管、熱陰極管、水銀ランプもしくはブラックライトが好ましい。特に波長254nmの紫外線を発光する低圧水銀ランプ、熱陰極管、冷陰極管及び殺菌灯が滲み防止、ドット径制御を効率よく行なうことができ好ましい。ブラックライトを照射手段4の放射線源に用いることで、UVインクを硬化するための照射手段4を安価に作製することができる。
照射手段4は、記録ヘッド3がヘッド走査手段の駆動による1回の走査によってUVインクを吐出する着弾可能領域のうち、記録装置(UVインクジェットプリンタ)1で設定できる最大のものとほぼ同じ形状か、着弾可能領域よりも大きな形状を有する。
照射手段4はヘッドキャリッジ2の両脇に、記録材料Pに対してほぼ平行に、固定して設置される。
前述したようにインク吐出部の照度を調整する手段としては、記録ヘッド3全体を遮光することはもちろんであるが、加えて照射手段4と記録材料Pの距離h1より、記録ヘッド3のインク吐出部31と記録材料Pとの距離h2を大きくしたり(h1<h2)、記録ヘッド3と照射手段4との距離dを離したり(dを大きく)することが有効である。又、記録ヘッド3と照射手段4の間を蛇腹構造7にすると更に好ましい。
ここで、照射手段4で照射される紫外線の波長は、照射手段4に備えられた紫外線ランプ又はフィルターを交換することで適宜変更することができる。
本発明のインクは、非常に吐出安定性が優れており、ラインヘッドタイプの記録装置を用いて画像形成する場合に、特に有効である。
図2は、インクジェット記録装置の要部の構成の他の一例を示す上面図である。
図2で示したインクジェット記録装置は、ラインヘッド方式と呼ばれており、ヘッドキャリッジ2に、各色のインクジェット記録ヘッド3を、記録材料Pの全幅をカバーするようにして、複数個、固定配置されている。
一方、ヘッドキャリッジ2の下流側には、同じく記録材料Pの全幅をカバーするようにして、インク印字面全域をカバーするように配置されている照射手段4が設けられている。照明手段4に用いられる紫外線ランプは、図1に記載したのと同様のものを用いることができる。
このラインヘッド方式では、ヘッドキャリッジ2及び照射手段4は固定され、記録材料Pのみが、搬送されて、インク出射及び硬化を行って画像形成を行う。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
《顔料分散体の調製》
〔顔料分散体D−1の調製:本発明〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら3時間加熱撹拌して溶解した。
PB822(味の素ファインテクノ社製、高分子分散剤、酸価18.5mg/gKOH、アミン価15.9mg/gKOH) 8部
テトラエチレングリコールジアクリレート 72部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−1を調製した。
Cyanine Blue 4044(山陽色素社製、Pigment Blue 15:4、アミン価8.0mg/gKOH、酸価0.0mg/gKOH) 20部
なお、上記に記載の分散剤及び顔料のアミン価、酸価は、下記の方法に従って求めた。
〈分散剤のアミン価の測定〉
分散剤をメチルイソブチルケトンに溶解し、0.01モル/Lの過塩素酸メチルイソブチルケトン溶液で電位差滴定を行い、KOHmg/g換算したものを分散剤のアミン価とした。電位差滴定は、平沼産業株式会社製自動滴定装置COM−1500を用いて測定した。
〈分散剤の酸価の測定〉
分散剤をメチルイソブチルケトンに溶解し、0.01モル/Lのカリウムメトキシド−メチルイソブチルケトン/メタノール(4:1)溶液で電位差滴定を行い、KOHmg/g換算したものを分散剤の酸価とした。電位差滴定は、平沼産業株式会社製自動滴定装置COM−1500を用いて測定した。
〈顔料のアミン価の測定〉
顔料に、0.01モル/L過塩素酸メチルブチルケトン溶液を加え、超音波分散を行った。その後、遠心分離により上澄み液を0.01モル/Lのカリウムメトキシド−メチルイソブチルケトン/メタノール(4:1)溶液で電位差滴定を行い、顔料による過塩素酸減少量をKOHmg/g換算したものを顔料のアミン価とした。電位差滴定は、平沼産業株式会社製自動滴定装置COM−1500を用いて測定した。
〈顔料の酸価の測定〉
顔料に、0.01モル/Lのテトラブチルアンモニウムヒドロキシド−メチルブチルケトン溶液を加え、超音波分散を行った。その後、遠心分離により上澄み液を0.01モル/Lの過塩素酸メチルイソブチルケトン溶液で電位差滴定を行い、顔料による0.01モル/Lのテトラブチルアンモニウムヒドロキシド減少量をKOHmg/g換算したものを顔料の酸価とした。電位差滴定は、平沼産業株式会社製自動滴定装置COM−1500を用いて測定した。
〔顔料分散体D−2の調製:本発明〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
PB821(味の素ファインテクノ社製、高分子分散剤、酸価30.4mg/gKOH、アミン価10.2mg/gKOH) 9部
テトラエチレングリコールジアクリレート 71部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−2を調製した。
アミン価を5.8mg/gKOH、酸価を2.6mg/gKOHに調整したPigment Yellow 138 20部
〔顔料分散体D−3の調製:本発明〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
PB822(味の素ファインテクノ社製、高分子分散剤、酸価18.5mg/gKOH、アミン価15.9mg/gKOH) 10部
テトラエチレングリコールジアクリレート 70部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−3を調製した。
アミン価を6.1mg/gKOH、酸価を4.1mg/gKOHに調整したPigment Red 122 20部
〔顔料分散体D−4の調製:本発明〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
ディスパロンED−251(楠本化成社製、高分子分散剤、酸価19mg/gKOH、アミン価13.4mg/gKOH) 10部
テトラエチレングリコールジアクリレート 70部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−4を調製した。
アミン価を2.2mg/gKOH、酸価を2.1mg/gKOHに調整したPigment Yellow 138 20部
〔顔料分散体D−5の調製:本発明〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
PB821(味の素ファインテクノ社製、高分子分散剤、酸価30.4mg/gKOH、アミン価10.2mg/gKOH) 8部
テトラエチレングリコールジアクリレート 72部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−5を調製した。
Paliotol Yellow D0960(BASF社製、Pigment Yellow 138、アミン価0.2mg/gKOH、酸価1.3mg/gKOH)
20部
〔顔料分散体D−6の調製:比較例〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
Disperbyk161(ビックケミー社製、高分子分散剤、酸価4.4mg/gKOH、アミン価10.9mg/gKOH) 8部
テトラエチレングリコールジアクリレート 72部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−6を調製した。
アミン価を5.8mg/gKOH、酸価を2.6mg/gKOHに調整したPigment Yellow 138 20部
〔顔料分散体D−7の調製:比較例〕
下記の各化合物をステンレスビーカーに入れ、50℃のホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌して溶解した。
ソルスパーズ32000(アビシア社製、高分子分散剤、酸価24.8mg/gKOH、アミン価27.1mg/gKOH) 8部
テトラエチレングリコールジアクリレート 72部
次いで、上記溶液を室温まで冷却した後、これに以下の顔料を加えて、直径1mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて4時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去して、顔料分散体D−7を調製した。
アミン価を6.1mg/gKOH、酸価を4.1mg/gKOHに調整したPigment Red 122 20部
《インクの調製》
上記調製した各顔料分散体に、表1に記載の各添加剤を順次混合して、インク1〜13を調製した。なお、表1に記載の数値は、質量%を表す。
表1に略称で記載した各添加剤の詳細は、以下の通りである。
開始剤
〔ラジカル重合性化合物〕
*1:テトラエチレングリコールジアクリレート
*2:ε−カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
*3:フェノキシエチルメタクリレート
〔重合開始剤〕
I−907:イルガキュア907(日本チバガイギー社製)
〔界面活性剤〕
F475:メガファックスF475 パーフルオロアルキル基含有アクリルオリゴマー(大日本インキ化学工業社製)
《インクの評価》
〔インクの保存安定性の評価〕
上記調製したインク1〜13をそれぞれガラス瓶に入れ、密栓した後、60℃条件下で3日間放置後、顔料の沈降状態を目視観察し、下記の基準に従いインクの保存安定性を評価した。
○:顔料の沈降が見られない
△:沈降は認められないものの、液を震振するとガラス瓶壁面にやや顔料粒子凝集物が認められる
×:ガラス瓶の底部に明らかな沈降物が認められる
《インクジェット画像記録及び評価》
〔画像形成方法−1〕
図1に記載のピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録装置に、上記調製した各インクを装填し、幅600mm、長さ500mの長尺の記録材料(ポリエチレンテレフタレートフィルム)上へ、下記の条件でベタ画像記録を連続して行った。インク供給系はインクタンク、供給パイプ、ヘッド直前の前室インクタンク、フィルター付き配管、ピエゾヘッドからなり、前室タンクからヘッド部分まで断熱して50℃の加温を行った。ピエゾヘッドは、ノズル数256、2〜20plのマルチサイズドットを720×720dpi(dpiとは、2.54cmあたりのドット数を表す)の解像度で吐出できるよう駆動して、各インクを連続吐出した。着弾した後、キャリッジ両脇のランプユニットにより、蛍光灯(ニッポ電機社製特注品)を用いて、最高照度8mW/cm2、照射エネルギー20mJ/cm2の条件で照射を行い硬化した。なお、画像記録は、25℃、30%RHの環境下で行った。
〔インクジェット画像記録:出射安定性1の評価〕
上記インクジェット記録装置において、キャリッジ速度400mm/sで双方向印字を行った。記録材料右端より500mm(左端からでは100mm)のところまで連続で吐出を行い、記録材料をヘッド幅送った後、キャリッジが再び戻る際に記録材料左端より100mmのところより連続で吐出を行った。記録材料右端より500mmを通過してからキャリッジが折り返して、記録材料左端より100mmを通過するまでの時間は4秒となるよう設定した。キャリッジの行きの印字端、帰りの印字始めの重なりを目視観察して、間欠出射時の速度ばらつきを評価し、下記の基準に従い出射安定性1を評価した。
◎:行きと帰りで着弾位置に差が見られない
○:行きと帰りでわずかながら着弾位置の差が見られる
△:行きと帰りで着弾位置の差が見られ、帰りがやや遅れている
×:行きと帰りで明瞭な着弾位置の差が見らる
以上により得られた各評価結果を、表1に示す。
Figure 2005187725
表1に記載の結果より明らかなように、光重合性化合物としてラジカル重合性化合物を含み、顔料分散剤の酸価がアミン価よりも大きい本発明の顔料分散体、あるいはアミン価が酸価よりも大きい顔料を用いた本発明の顔料分散体を用いて構成したインクは、比較例に対し、インクの保存安定性に優れ、画像形成時の出射安定性に優れていることが分かる。
実施例2
《インクの調製》
実施例1で調製した顔料分散体D−1〜D−7を用いて、表2に記載の各添加剤を順次混合して、インク21〜31を調製した。なお、表2に記載の数値は、質量%を表す。
《インクの評価》
〔インクの保存安定性の評価〕
実施例1に記載のインクの評価と同様にして、インクの保存安定性を評価した。
《インクジェット画像記録及び評価》
〔画像形成方法−2〕
実施例1に記載の画像形成方法−1において、図1に記載のインクジェット記録装置に代えて、図2に記載のラインヘッド記録方式のインクジェット記録装置を用いた以外は同様にして、上記調製したインク21〜33を用いて画像形成した。
〔インクジェット画像記録:出射安定性2の評価〕
上記ラインヘッド記録方式のインクジェット記録装置において、記録材料の送り速度200mm/sで印字を行った。256ノズルのうち、1〜128ノズルは記録材料端より100mmまで連続で吐出、その後吐出を停止して1000mmのところより連続で吐出、129〜256ノズルは記録材料端900mmまで連続で吐出、その後吐出を停止して1000mmより連続で吐出した。
1〜128ノズルにより形成された記録材料端1000mmからの画像端と129〜256ノズルにより形成された記録材料端1000mmからの画像端のずれをを目視観察して、間欠出射時の速度ばらつきを評価し、下記の基準に従い出射安定性2を評価した。
◎:1〜128ノズルによる画像と129〜256による画像で着弾位置に差が見られない
○:1〜128ノズルによる画像と129〜256による画像でわずかながら差が見られる
△:1〜128ノズルによる画像と129〜256による画像で差が見られ、1〜128ノズルによる画像の着弾位置がやや遅れている
×:1〜128ノズルによる画像と129〜256による画像で明瞭な差が見らる
以上により得られた各評価結果を、表2に示す。
Figure 2005187725
表2に記載の結果より明らかなように、ラインヘッド記録方式のインクジェット記録装置を用いて画像形成を行った場合でも、実施例1の結果と同様に、光重合性化合物としてラジカル重合性化合物を含み、顔料分散剤の酸価がアミン価よりも大きい本発明の顔料分散体、あるいはアミン価が酸価よりも大きい顔料を用いた本発明の顔料分散体を用いて構成したインクは、比較例に対し、インクの保存安定性に優れ、画像形成時の出射安定性に優れていることが分かる。
本発明のインクジェット記録装置の要部の構成の一例を示す正面図である。 本発明のインクジェット記録装置の要部の構成の他の一例を示す上面図である。
符号の説明
1 インクジェット記録装置
2 ヘッドキャリッジ
3 インクジェット記録ヘッド
31 インク吐出口
4 照射手段
5 プラテン部
6 ガイド部材
7 蛇腹構造
P 記録材料

Claims (7)

  1. 光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、該光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ該分散剤の酸価がアミン価よりも大きいことを特徴とする活性光線硬化型インクジェットインク。
  2. 光重合性化合物、顔料、分散剤を含有する活性光線硬化型インクジェットインクにおいて、該光重合性化合物がラジカル重合性化合物であって、かつ前記顔料のアミン価が酸価よりも大きいことを特徴とする活性光線硬化型インクジェットインク。
  3. 前記顔料のアミン価が酸価よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の活性光線硬化型インクジェットインク。
  4. インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該活性光線硬化型インクジェットインクが該記録材料上に着弾した後、0.001〜1秒の間に活性光線を照射することを特徴とする画像形成方法。
  5. インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該活性光線硬化型インクジェットインクが該記録材料上に着弾し、活性光線を照射して硬化した後の総膜厚が2〜25μmであることを特徴とする画像形成方法。
  6. インクジェット記録ヘッドより請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクジェットインクを記録材料上に噴射し、該記録材料上に印刷を行う画像形成方法であって、該インクジェット記録ヘッドがラインヘッド方式のインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする画像形成方法。
  7. 請求項4〜6のいずれか1項に記載の画像形成方法に用いるインクジェット記録装置であって、活性光線硬化型インクジェットインク及びインクジェット記録ヘッドを35〜100℃に加熱した後、吐出することを特徴とするインクジェット記録装置。
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