JP2007045163A - Liquid jet recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、より詳細には、微粒子を分散させた記録液体を用いる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that use a recording liquid in which fine particles are dispersed.
ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、しかも所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の行える所謂インクジェット記録法は、極めて有力な記録法であって、これまでにも様々な方式が提案され改良が加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用化への努力が続けられているものもある。 The non-impact recording method has recently attracted attention in that the generation of noise during recording is so small that it can be ignored. Among them, the so-called inkjet recording method capable of recording at high speed and capable of recording without requiring a special fixing process on so-called plain paper is an extremely powerful recording method, and various methods have been used so far. Some have been proposed and improved, and others are still commercialized.
このようなインクジェット記録法は、所謂インクと称される記録液体の小滴（droplet）を飛翔させて記録部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液体の小滴の発生法及び発生された記録液体小滴の飛翔方向を制御するための方法によって、以下のように種々の方式がある。 Such an ink jet recording method performs recording by causing a droplet of a recording liquid called a so-called ink to fly and adhere to a recording member. Depending on the method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplet, there are various methods as follows.
例えば、特許文献１に開示されているTele type方式のものであって、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行う静電吸引型のものがある。 For example, in the Tele type method disclosed in Patent Document 1, the generation of recording liquid droplets is performed by electrostatic suction, and the generated recording liquid droplets are subjected to electric field control according to a recording signal, There is an electrostatic attraction type in which recording is performed by selectively depositing a recording liquid droplet on a recording member.
また、特許文献２，特許文献３等に開示されているSweet方式のものであって、連続振動発生法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された帯電量の制御された小滴を一様の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を行う連続流型，荷電制御型のものがある。 Also, in the Sweet method disclosed in Patent Document 2, Patent Document 3, etc., a droplet of a recording liquid whose charge amount is controlled is generated by a continuous vibration generation method, and the generated charge amount There are a continuous flow type and a charge control type in which recording is performed on a recording member by flying a controlled droplet between deflection electrodes to which a uniform electric field is applied.
また、他の方式として、例えば、特許文献４に開示されているHertz方式のものであって、吐出口とリング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法によって記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式のものがある。即ち、この方式では、吐出口と帯電電極間に掛ける電界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録する。 As another method, for example, the Hertz method disclosed in Patent Document 4, in which an electric field is applied between the discharge port and the ring-shaped charging electrode, and droplets of the recording liquid are formed by a continuous vibration generation method. There is a system of generating and atomizing and recording. That is, in this method, the electric field strength applied between the ejection opening and the charging electrode is modulated according to the recording signal to control the atomization state of the droplets, and the gradation of the recorded image is recorded.
さらに、他の方式として、例えば、特許文献５に開示されているStemme方式がある。この方式は前記３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。即ち、前記３つの方式は、何れも吐出口より吐出された記録液体の小滴を飛翔している途中で電気的に制御し、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着させて記録を行うのに対して、このStemme方式は、記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部材に付着させることで記録を行うもので、いわゆる、ドロップオンデマンド型と呼ばれているものである。 Furthermore, as another method, for example, there is a stemme method disclosed in Patent Document 5. This method is fundamentally different from the above three methods. In other words, all three methods are electrically controlled while the recording liquid droplet ejected from the ejection port is flying, and the droplet carrying the recording signal is selectively attached to the recording member. In contrast to this, this Stemme method is to perform recording by ejecting and ejecting droplets of recording liquid from ejection ports in accordance with a recording signal. In other words, the Stemme method applies an electrical recording signal to a piezoelectric vibration element attached to a recording head having an ejection port for ejecting a recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezoelectric vibration element. Recording is performed by ejecting and ejecting small droplets of the recording liquid from the ejection port in accordance with the mechanical vibration and adhering it to the recording member. This is a so-called drop-on-demand type.
さらに、他の方式として、先に本出願人が特許文献６において提案した方式がある。この方式も記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するいわゆるドロップオンデマンド型であるが、液室内のインクを加熱してインクの中で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力により吐出口よりインク滴を吐出させる、いわゆる、バブルジェット型と呼ばれているものである。 Furthermore, as another method, there is a method previously proposed by the present applicant in Patent Document 6. This method is also a so-called drop-on-demand type in which a recording liquid droplet is ejected and ejected from an ejection port in response to a recording signal, but the ink in the liquid chamber is heated to generate bubbles in the ink. This is a so-called bubble jet type in which ink droplets are ejected from ejection ports by the action force of bubbles.
上述のように、インクジェット記録法は、その原理によって様々な方式があるが、共通していえることは所謂インクと称される記録液体の小滴（droplet）を飛翔させて記録部材に付着させて記録を行う点である。そして、このインクと称される記録液体であるが、水溶性の染料を溶解した記録液体を使用するのが一般的である。ところが、近年、耐水性や耐光性が重視されるようになり、記録液体の着色剤として堅牢性の強い顔料がインクジェット記録用として使用されることが期待されている。 As described above, there are various types of inkjet recording methods depending on the principle, but what can be said in common is that droplets of recording liquid called so-called ink are ejected and adhered to the recording member. It is a point to record. A recording liquid called ink is generally used, but a recording liquid in which a water-soluble dye is dissolved is used. However, in recent years, water resistance and light resistance have been emphasized, and it is expected that a pigment having strong fastness will be used for ink jet recording as a colorant for recording liquid.
例えば、印字品位，吐出特性，保存安定性，定着性等の基本的な課題を満たすインクジェット用の水性顔料インクとしては、特許文献７，特許文献８，特許文献９及び特許文献１０に記載のインクが開示されている。 For example, as ink-jet aqueous pigment inks that satisfy basic problems such as print quality, ejection characteristics, storage stability, and fixability, the inks described in Patent Document 7, Patent Document 8, Patent Document 9, and Patent Document 10 are used. Is disclosed.
しかしながら、この顔料は、染料のように液媒体中に溶解するのではなく、分散しているため、液媒体中での安定性が悪く、インク中の顔料の凝集，沈降，分離の発生やノズル部の目詰まりを生じさせるという問題がいまだ解決されていない。 However, this pigment is not dissolved in the liquid medium like the dye, but is dispersed, so that the stability in the liquid medium is poor, and the aggregation, sedimentation and separation of the pigment in the ink and the nozzle The problem of causing clogging of parts has not been solved yet.
一方で、近年、インクジェット記録の高画質化，高精度化がすすみ、使用されるヘッドの吐出口（ノズル）も、従来はΦ３３μｍ〜Φ３４μｍ（面積でいうと９００μｍ2程度）から、Φ５０μｍ〜Φ５１μｍ（面積でいうと２０００μｍ2程度）のものが一般的であったが、より微細な吐出口が要求されてきている。その際、従来のようにインクとして水溶性の染料を溶解した記録液体を使用するのであれば、染料は液媒体中に溶解しているので対目詰まり性という問題は対処できていた。しかしながら、顔料ベースのインクについては、より微細な吐出口（例えば、Φ２５μｍ以下）となった場合に目詰まりは深刻な問題である。
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は液体に微粒子を分散させて記録液体とし、該記録液体を微細な開口から吐出させ、被記録体に付着させて記録を行う液体噴射ヘッド及び液体噴射装置において、目詰まりが生じないようにすることにある。とりわけ吐出部に奥行き部分の距離を有する吐出口であるような液体噴射ヘッド及び液体噴射装置において、目詰まりが生じないようにする条件を提案することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances. The first object of the present invention is to form a recording liquid by dispersing fine particles in a liquid, and eject the recording liquid from a fine opening to adhere to a recording medium. In the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus that perform recording, clogging is prevented from occurring. In particular, the present invention proposes a condition for preventing clogging in a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that are ejection ports having a distance of a depth portion in the ejection unit.
第２の目的は、目詰まりが生じないようにする、さらに別の条件を提案することにある。
第３の目的は、上述のごとき液体噴射ヘッド及び液体噴射装置によるインク滴の安定吐出条件を得ることにある。
The second purpose is to propose yet another condition for preventing clogging.
A third object is to obtain a stable ejection condition of ink droplets by the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus as described above.
請求項１の発明は、大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた液体を微細な吐出口から吐出させ、被付着体に付着させる液体噴射ヘッドであって、前記吐出口はΦ２５μｍ以下、もしくは開口面積が５００μｍ2未満であるとともに、その奥行き部分の距離ｔを有する吐出口であるとき、Ｄｐ／ｔ≦０.０１とした液体噴射ヘッドにおいて、前記吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれの大きさがｃ５０Ｄｐ以下であることを特徴としたものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid ejecting head in which a liquid in which fine particles having a size of Dp (μm) are dispersed is ejected from a fine ejection port and is adhered to an adherend. In a liquid ejecting head with Dp / t ≦ 0.01, when the ejection port has a diameter of less than 25 μm or an opening area of less than 500 μm 2 and a distance t of the depth portion, the liquid ejection side of the ejection port It is characterized in that the size of the corner portion is c50 Dp or less.
請求項２の発明は、大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた液体を微細な吐出口から吐出させ、被付着体に付着させる液体噴射ヘッドであって、前記吐出口はΦ２５μｍ以下、もしくは開口面積が５００μｍ2未満であるとともに、その奥行き部分の表面粗さがＲ（ｓ）であるような吐出口であるとき、０.０２５＜Ｄｐ／Ｒであることを特徴としたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid ejecting head in which a liquid in which fine particles having a size of Dp (μm) are dispersed is ejected from a fine ejection port and adhered to an adherend. 0.025 <Dp / R when the discharge port has a diameter of Φ25 μm or less or an opening area of less than 500 μm 2 and the surface roughness of the depth portion is R (s). Is.
請求項３の発明は、吐出口の大きさがФ２５μｍ以下、もしくは開口面積が５００μｍ2未満であるとともに、その奥行き部分の距離ｔを有するような微細な吐出口から大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた液体を液滴として吐出、飛翔させ、被付着体に付着させる液体噴射ヘッドにおいて、前記液体は、その微粒子の大きさＤｐの下限を０.０３μｍとした液体であり、その微粒子の大きさＤｐがＤｐ／ｔ≦０.０１であるとともに、前記吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれの大きさがｃ５０Ｄｐ以下であり、前記液滴の飛翔速度を５〜１３ｍ／ｓｅｃとして噴射することを特徴としたものである。 In the invention of claim 3, the size of the discharge port is Dp (μm) from a fine discharge port having a depth t of 25 μm or less or an opening area of less than 500 μm 2 and having a distance t of the depth portion. In a liquid ejecting head in which a liquid in which certain fine particles are dispersed is ejected and ejected as droplets and adhered to an adherend, the liquid is a liquid having a lower limit of the fine particle size Dp of 0.03 μm. The size Dp of the fine particles is Dp / t ≦ 0.01, the size of the corner of the discharge port on the liquid ejection side is c50 Dp or less, and the flying speed of the droplet is 5 to 13 m. / Sec is injected.
請求項４の発明は、吐出口の大きさがФ２５μｍ以下、もしくは開口面積が５００μｍ2未満であるとともに、その奥行き部分の距離ｔを有するような微細な吐出口から大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた液体を液滴として吐出、飛翔させ、被付着体に付着させる液体噴射ヘッドにおいて、前記液体は、その微粒子の大きさＤｐの下限を０.０３μｍとした液体であり、その微粒子の大きさＤｐがＤｐ／ｔ≦０.０１であるとともに、前記吐出口は奥行き部分の表面粗さがＲ（ｓ）であるような吐出口であるとき、０.０２５＜Ｄｐ／Ｒとし、前記液滴の飛翔速度を５〜１３ｍ／ｓｅｃとして噴射することを特徴としたものである。 In the invention of claim 4, the size of the discharge port is Dp (μm) from a fine discharge port having a depth t of 25 μm or less or an opening area of less than 500 μm 2 and having a distance t of the depth portion. In a liquid ejecting head in which a liquid in which certain fine particles are dispersed is ejected and ejected as droplets and adhered to an adherend, the liquid is a liquid having a lower limit of the fine particle size Dp of 0.03 μm. When the fine particle size Dp is Dp / t ≦ 0.01, and the discharge port is a discharge port whose depth portion has a surface roughness of R (s), 0.025 <Dp / R is jetted at a flying speed of 5 to 13 m / sec.
請求項５の発明は、吐出口の大きさがФ２５μｍ以下、もしくは開口面積が５００μｍ2未満であるとともに、その奥行き部分の距離ｔを有するような微細な吐出口から大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた液体を液滴として吐出、飛翔させ、被付着体に付着させる液体噴射装置において、前記液体は、その微粒子の大きさＤｐの下限を０.０３μｍとした液体であり、その微粒子の大きさＤｐがＤｐ／ｔ≦０.０１であるとともに、前記吐出口より前記微粒子を分散させた液体を吐出する噴射ヘッドと、前記吐出口の外側部分の液体を拭き取る拭き取り機構を有し、前記吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれの大きさがｃ５０Ｄｐ以下であり、前記液滴の飛翔速度を５〜１３ｍ／ｓｅｃとして噴射することを特徴としたものである。 According to the invention of claim 5, the size of the discharge port is Dp (μm) from a fine discharge port having a depth t of 25 μm or less or an opening area of less than 500 μm 2 and a distance t of the depth portion. In a liquid ejecting apparatus in which a liquid in which certain fine particles are dispersed is ejected and ejected as droplets and adhered to an adherend, the liquid is a liquid having a lower limit of the fine particle size Dp of 0.03 μm. And a fine particle size Dp of Dp / t ≦ 0.01, a discharge head for discharging the liquid in which the fine particles are dispersed from the discharge port, and a wiping mechanism for wiping off the liquid on the outer side of the discharge port. And the size of the corner of the discharge port on the liquid jet side is c50 Dp or less, and the droplet is ejected at a flying speed of 5 to 13 m / sec. A.
請求項１に対応した効果：吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれを小さくしたので、だれの部分に微粒子を含んだ液体がたまりにくくなり，微粒子に起因する目詰まりのない噴射ヘッドを実現できた。 The effect corresponding to claim 1: Since the dripping of the corner portion on the liquid ejection side of the discharge port is made small, it becomes difficult for liquid containing fine particles to accumulate in any portion, and an ejection head free from clogging caused by the fine particles is realized. did it.
請求項２に対応した効果： 吐出口の奥行き部分の表面粗さと溶液内の微粒子の大きさの関係を最適化したので、微粒子に起因する目詰まりのない噴射ヘッドを実現できた。 The effect corresponding to claim 2: Since the relationship between the surface roughness of the depth portion of the discharge port and the size of the fine particles in the solution was optimized, an ejection head free from clogging caused by the fine particles could be realized.
請求項３に対応した効果： 吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれを小さくして、だれの部分に微粒子を含んだ液体をたまりにくくするとともに液滴の飛翔速度を最適化したので、このような微小な吐出口から微粒子を含んだ液体を目詰まりさせることなく、かつ噴射ゆらぎのない安定した飛翔ができる噴射ヘッドを実現できた。 The effect corresponding to the third aspect of the present invention is to reduce the dripping at the corner on the liquid jet side of the discharge port so as to make it difficult for liquid containing fine particles to accumulate in that portion and to optimize the flying speed of the droplet. Thus, it was possible to realize a jet head that can stably fly without causing clogging of liquid containing fine particles from such a fine discharge port.
請求項４に対応した効果： 吐出口の奥行き部分の表面粗さと溶液内の微粒子の大きさの関係を最適化し、液滴の飛翔速度を最適化したので、このような微小な吐出口から微粒子を含んだ液体を目詰まりさせることなく、かつ噴射ゆらぎのない安定した飛翔ができる噴射ヘッドを実現できた。 The effect corresponding to claim 4: Since the relationship between the surface roughness of the depth portion of the discharge port and the size of the fine particles in the solution is optimized and the flying speed of the droplet is optimized, the fine particles from such a small discharge port As a result, it was possible to realize a jet head that can stably fly without causing clogging of liquid containing liquid.
請求項５に対応した効果： 吐出口の液体噴射側のコーナー部分のだれを小さくして、だれの部分に微粒子を含んだ液体をたまりにくくし、またその部分の微粒子を含んだ液体も拭き取るようにし、かつ液滴の飛翔速度を最適化したので、このような微小な吐出口から微粒子を含んだ液体を目詰まりさせることなく、かつ噴射ゆらぎのない安定した飛翔ができる液体噴射装置を実現できた。 The effect corresponding to the fifth aspect of the present invention is to reduce the dripping at the corner of the discharge port on the liquid jet side so that the liquid containing the fine particles is hard to collect in that portion, and also to wipe off the liquid containing the fine particles in that portion. In addition, since the flying speed of the liquid droplets has been optimized, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus that can stably fly without causing fluctuations in the liquid containing fine particles from such a micro discharge port. It was.
最初に、本発明が適用されるインクジェットの構成および原理について説明するが、前述のように、インクジェット記録法には各種の方式がある。ここでは、代表例として、バブルジェット型の例で説明するが、いうまでもなく本発明はこの方式に限定されるものではなく、全てのインクジェット記録法に適用されるものである。ただし、各種のインクジェット記録法の中でも、インクを加熱して気泡を発生させるいわゆるバブルジェット記録法は、インクが過酷な条件にさらされる（ヒートサイクルがある）ため、それにともなう劣化，化学反応の促進，顔料の分散不安定等の面から他のインクジェット記録法よりも、よりいっそう目詰まり等のインクジェットにとって好ましくない技術課題がある。本発明は、このような過酷な条件にさらされるバブルジェット記録法にとって、特に好適に適用されるものである。 First, the configuration and principle of an inkjet to which the present invention is applied will be described. As described above, there are various types of inkjet recording methods. Here, a bubble jet type example will be described as a representative example, but it goes without saying that the present invention is not limited to this method, and is applicable to all ink jet recording methods. However, among the various ink jet recording methods, the so-called bubble jet recording method that generates bubbles by heating the ink exposes the ink to harsh conditions (there is a heat cycle), and therefore promotes deterioration and chemical reaction. However, from the viewpoint of pigment dispersion instability and the like, there is a technical problem which is not preferable for inkjet such as clogging even more than other inkjet recording methods. The present invention is particularly preferably applied to the bubble jet recording method exposed to such severe conditions.
図１は、バブルジェット型記録ヘッドの一例を説明するための図で、図１（Ａ）はヘッド斜視図、図１（Ｂ）はヘッドを構成する蓋基板の斜視図、図１（Ｃ）は該蓋基板を裏側から見た斜視図、図１（Ｄ）は発熱体基板の斜視図であり、図中、１は蓋基板、２は発熱体基板、３は記録液体流入口、４は吐出口、５は流路、６は液室を形成するための領域、７は個別（独立）の制御電極、８は共通電極、９は発熱体である。 1A and 1B are diagrams for explaining an example of a bubble jet type recording head. FIG. 1A is a perspective view of the head, FIG. 1B is a perspective view of a cover substrate constituting the head, and FIG. FIG. 1D is a perspective view of the heating element substrate, in which 1 is a lid substrate, 2 is a heating element substrate, 3 is a recording liquid inlet, and 4 is a perspective view of the heating substrate. The discharge port, 5 is a flow path, 6 is a region for forming a liquid chamber, 7 is an individual (independent) control electrode, 8 is a common electrode, and 9 is a heating element.
図２は、バブルジェット方式のインクジェットのインク滴吐出の原理を説明するための図で、
図２（Ａ）は吐出口面でインク１０と表面張力と外圧とが平衡状態にある定常状態を示し、
図２（Ｂ）は発熱体９が加熱されて、発熱体９の表面温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱され、微小気泡１１が点在している状態を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of ink jet ink droplet ejection of the bubble jet method.
FIG. 2A shows a steady state in which the ink 10, the surface tension, and the external pressure are in an equilibrium state on the ejection port surface.
FIG. 2B shows a state in which the heating element 9 is heated and heated until the surface temperature of the heating element 9 rapidly rises and a boiling phenomenon occurs in the adjacent ink layer, and the microbubbles 11 are scattered.
図２（Ｃ）は発熱体９の全面で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、気泡１１が成長した状態である。この時、吐出口内の圧力は、気泡の成長した分だけ上昇し、吐出口面での外圧とのバランスがくずれ、吐出口よりインク柱１０′が成長し始める。 FIG. 2C shows a state in which the adjacent ink layer heated suddenly on the entire surface of the heating element 9 is instantly vaporized to form a boiling film and the bubbles 11 grow. At this time, the pressure in the ejection port rises by the amount of bubble growth, the balance with the external pressure on the ejection port surface is lost, and the ink column 10 'begins to grow from the ejection port.
図２（Ｄ）は気泡１１が最大に成長した状態であり、吐出口面より気泡の体積に相当する分のインクが押し出される。この時、発熱体９には電流が流れていない状態にあり、発熱体９の表面温度は降下しつつある。気泡１１の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングからやや遅れる。 FIG. 2D shows a state in which the bubbles 11 have grown to the maximum, and ink corresponding to the volume of the bubbles is pushed out from the ejection port surface. At this time, no current flows through the heating element 9, and the surface temperature of the heating element 9 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 11 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.
図２（Ｅ）は気泡１１がインクなどにより冷却されて収縮を開始し始めた状態を示す。インク柱１０′の先端部では押し出された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に伴って吐出口内圧の減少により吐出口面から吐出口内へインクが逆流してインク柱１０′にくびれ１０″が生じている。 FIG. 2E shows a state in which the bubble 11 is cooled by ink or the like and starts to contract. The front end of the ink column 10 ′ moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, the ink flows backward from the discharge port surface into the discharge port due to a decrease in the discharge port internal pressure as the bubbles contract. Constriction 10 "occurs.
図２（Ｆ）はさらに気泡１１が収縮し、発熱体９の面にインク１０が接し、発熱体面がさらに急激に冷却される状態にある。吐出口面では、外圧が吐出口内圧より高い状態になるためメニスカスが大きく吐出口内に入り込んできている。インク柱の先端部は液滴１２になり、記録紙の方向へ５〜１３ｍ／ｓｅｃの速度で飛翔している。 In FIG. 2 (F), the bubbles 11 are further contracted, the ink 10 is in contact with the surface of the heating element 9, and the heating element surface is further rapidly cooled. On the discharge port surface, the external pressure is higher than the discharge port internal pressure, so that a large meniscus enters the discharge port. The tip of the ink column becomes a droplet 12 and flies at a speed of 5 to 13 m / sec toward the recording paper.
図２（Ｇ）は吐出口にインクが毛細管現象により再び供給（リフィル）されて図２（Ａ）の状態にもどる過程で、気泡は完全に消滅している。 In FIG. 2G, the bubbles are completely extinguished in the process in which the ink is supplied (refilled) again to the discharge port by capillary action and returns to the state of FIG.
以上が熱を利用したバブルジェット型記録ヘッドの一般的な構成，原理であるが、前述のように本発明は、この方式に限定されるものではなく、全てのインクジェット記録法に適用されるものである。 The above is the general configuration and principle of the bubble jet type recording head using heat. However, as described above, the present invention is not limited to this method, and is applicable to all ink jet recording methods. It is.
本発明は、上述のごときインクジェット記録法に使用する記録液体（インク）を耐水性や耐光性が優れた顔料を記録液体の着色剤として使用するものである。しかしながら、この顔料を記録液体の着色剤として使用した場合、顔料は染料のように液媒体中に溶解するのではなく、分散しているため、液媒体中での安定性が悪く、インク中の顔料の凝集，沈降，分離の発生やノズル部の目詰まりを生じさせるという問題がある。とりわけノズル部の目詰まりは、インクが噴射しなくなるため、インクジェットにとっては致命的問題である。あるいは目詰まりとはいわないまでも、上記理由により通常の染料を記録液体の着色剤として使用するインクジェット記録法に較べてインク滴噴射が難しく、安定したインク滴噴射，高精度のドット位置精度に裏付けられた高画質記録が困難であるという問題がある。 In the present invention, the recording liquid (ink) used in the ink jet recording method as described above uses a pigment having excellent water resistance and light resistance as a colorant of the recording liquid. However, when this pigment is used as a colorant for a recording liquid, the pigment is not dissolved in the liquid medium but dispersed in the same manner as the dye, so that the stability in the liquid medium is poor, so There is a problem of causing aggregation, sedimentation and separation of the pigment and clogging of the nozzle portion. In particular, clogging of the nozzle portion is a fatal problem for ink jet because ink is not ejected. Or, although not clogged, for the above reasons, ink droplet ejection is more difficult than ink-jet recording methods that use ordinary dyes as colorants for recording liquids, and stable ink droplet ejection and high-precision dot position accuracy are achieved. There is a problem that it is difficult to record high quality images.
本発明は、これを解決するために、インクを構成する材料ならびにノズル部のディメンション，形状，性状および使用する顔料粒径ならびにインク中の顔料含有量などとの関係を鋭意検討したものである。本発明では顔料インクを前提に考えている。すなわち、記録液体中の着色剤は、水などの溶媒に溶解している染料ではなく、顔料である微粒子が分散しているものである。 In order to solve this problem, the present invention has intensively studied the relationship between the material constituting the ink and the dimensions, shape, and properties of the nozzle part, the pigment particle size used, and the pigment content in the ink. In the present invention, pigment ink is assumed. That is, the colorant in the recording liquid is not a dye dissolved in a solvent such as water but is a dispersion of fine particles as pigments.
本発明に好適に適用される黒色顔料インクとしては、例えば、中性あるいは塩基性のｐＨを有する黒色顔料を、第３級アミンの塩あるいは第４級アンモニウム基を有するアクリル酸エステルモノマーあるいはアクリルアミドモノマーを少なくとも構成成分とする水溶性高分子を用いて分散処理してなるものであり、他の色相のインク，例えば、イエロー，マゼンタ及びシアン等のインクについても、これらの色相の顔料を、カルボキシル基あるいはスルホン基を水溶性基として有するアニオン系高分子分散剤を用いて分散処理してなるものである。 Examples of the black pigment ink suitably applied to the present invention include a black pigment having a neutral or basic pH, a tertiary amine salt or an acrylate monomer or acrylamide monomer having a quaternary ammonium group. In other inks such as yellow, magenta and cyan, the pigments of these hues are also converted to carboxyl groups. Alternatively, a dispersion treatment is performed using an anionic polymer dispersant having a sulfone group as a water-soluble group.
なお、ここでいう黒色顔料のｐＨとは、一般に、カーボンブラックの物性測定法に用いられているのと同様に、純水中に顔料を分散させた場合の溶液のｐＨ値をいう。
また、記録に用いる被記録材が普通紙である場合においては、該普通紙に対するインクの界面張力において、黒色顔料インクの界面張力が、カラーインクの界面張力よりも高いこと、更には、普通紙に対するインクの浸透速度において、黒色顔料インクの浸透速度が、カラーインクの浸透速度よりも遅いことが好ましい。
The pH of the black pigment referred to here generally refers to the pH value of the solution when the pigment is dispersed in pure water, similar to the method used for measuring the physical properties of carbon black.
Further, when the recording material used for recording is plain paper, the interfacial tension of the black pigment ink is higher than the interfacial tension of the color ink in the interfacial tension of the ink with respect to the plain paper. The penetration rate of the black pigment ink is preferably slower than the penetration rate of the color ink.
以上のようなインクを用いて普通紙にカラー記録を行うと、定着性よく、濃度も高く、境界滲みの少ない画像を得ることができる。また、透明性を有する被記録材に記録を行った場合でも鮮明な投影画像が得られる。そして、いうまでもないが、顔料インクであるため、従来の染料インクを用いる場合に較べて、光や水に対する抵抗性は非常に優れたものとなる。 When color recording is performed on plain paper using the ink as described above, it is possible to obtain an image with good fixability, high density, and less boundary bleeding. In addition, a clear projection image can be obtained even when recording is performed on a recording material having transparency. Needless to say, since it is a pigment ink, its resistance to light and water is very excellent compared to the case of using a conventional dye ink.
本発明で用いられる高分子分散剤は、主としてビニルモノマーの重合によって得られるものであって、得られる重合体の少なくとも一部を構成するカチオン性モノマーとしては、下記のような第３級アミンモノマーの塩及びこれらの第４級化された化合物が挙げられる。 The polymer dispersant used in the present invention is mainly obtained by polymerization of a vinyl monomer, and as a cationic monomer constituting at least a part of the obtained polymer, the following tertiary amine monomer is used. And the quaternized compounds thereof.
すなわち、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート［CH2=C(CH3)-COO-C2H4N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート［CH2=CH-COO-C2H4N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリレート［CH2=C(CH3)-COO-C3H6N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリレート［CH2=CH-COO-C3H6N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド［CH2=CH-CON(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミド［CH2=C(CH3)-CON(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリルアミド［CH2=CH-CONHC2H4N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリルアミド［CH2=C(CH3)-CONHC2H4N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド［CH2=CH-CONH-C3H6N(CH3)2］、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド［CH2=C(CH3)-CONH-C3H6N(CH3)2］等である。 That is, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate [CH2 = C (CH3) -COO-C2H4N (CH3) 2], N, N-dimethylaminoethyl acrylate [CH2 = CH-COO-C2H4N (CH3) 2], N , N-dimethylaminopropyl methacrylate [CH2 = C (CH3) -COO-C3H6N (CH3) 2], N, N-dimethylaminopropyl acrylate [CH2 = CH-COO-C3H6N (CH3) 2], N, N- Dimethylacrylamide [CH2 = CH-CON (CH3) 2], N, N-dimethylmethacrylamide [CH2 = C (CH3) -CON (CH3) 2], N, N-dimethylaminoethylacrylamide [CH2 = CH-CONHC2H4N (CH3) 2], N, N-dimethylaminoethylmethacrylamide [CH2 = C (CH3) -CONHC2H4N (CH3) 2], N, N-dimethylaminopropylacrylamide [CH2 = CH-CONH-C3H6N (CH3) 2 ], N, N-dimethylaminopropylmethacrylamide [CH2 = C (CH3) -CONH-C3H6N (CH3) 2] and the like.
第３級アミンの場合において、塩を形成する化合物としては、塩酸，硫酸，酢酸等が挙げられ、４級化に用いられる化合物としては、塩化メチル，ジメチル硫酸，ベンジルクロライド，エピクロロヒドリン等が挙げられる。この中で、塩化メチル，ジメチル硫酸等が分散剤を調製するうえで好ましい。
以上のような第３級アミンの塩、あるいは第４級アンモニウム化合物は水中ではカチオンとして振る舞い、中和された条件では酸性が安定溶解領域である。これらモノマーの共重合体中での含有率は２０〜６０重量％の範囲が好ましい。
In the case of a tertiary amine, the salt-forming compound includes hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid and the like, and the compound used for quaternization includes methyl chloride, dimethyl sulfate, benzyl chloride, epichlorohydrin and the like. Is mentioned. Of these, methyl chloride, dimethyl sulfate and the like are preferable for preparing the dispersant.
The tertiary amine salt or the quaternary ammonium compound as described above behaves as a cation in water, and the acidity is a stable dissolution region under neutralized conditions. The content of these monomers in the copolymer is preferably in the range of 20 to 60% by weight.
上記高分子分散剤の構成に用いられるその他のモノマーとしては、例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、長鎖のエチレンオキシド鎖を側鎖に有するアクリル酸エステル等のヒドロキシ基を有するアクリル酸エステル、スチレン系モノマー等の疎水性モノマー類、及びｐＨ７近傍の水に溶解可能な水溶性モノマーとして、アクリルアミド類，ビニルエーテル類，ビニルピロリドン類，ビニルピリジン類，ビニルオキサゾリン類が挙げられる。疎水性モノマーとしては、スチレン，スチレン誘導体，ビニルナフタレン，ビニルナフタレン誘導体，（メタ）アクリル酸のアルキルエステル，アクリロニトリル等の疎水性モノマーが用いられる。共重合によって得られる高分子分散剤中において水溶性モノマーは、共重合体を水溶液中で安定に存在させるために１５〜３５重量％の範囲で用い、かつ疎水性モノマーは、共重合体の顔料に対する分散効果を高めるために２０〜４０重量％の範囲で用いることが好ましい。 Examples of other monomers used in the composition of the polymer dispersant include 2-hydroxyethyl methacrylate, acrylic acid esters having a hydroxy group such as an acrylic acid ester having a long ethylene oxide chain in the side chain, and styrene monomers. Examples of hydrophobic monomers such as acrylamide, and water-soluble monomers that can be dissolved in water near pH 7 include acrylamides, vinyl ethers, vinyl pyrrolidones, vinyl pyridines, and vinyl oxazolines. Hydrophobic monomers such as styrene, styrene derivatives, vinyl naphthalene, vinyl naphthalene derivatives, alkyl esters of (meth) acrylic acid, and acrylonitrile are used as the hydrophobic monomers. In the polymer dispersant obtained by copolymerization, the water-soluble monomer is used in an amount of 15 to 35% by weight in order to make the copolymer exist stably in an aqueous solution, and the hydrophobic monomer is a copolymer pigment. In order to enhance the dispersion effect on the water, it is preferably used in the range of 20 to 40% by weight.
本発明のブラックインクに使用されるカーボンブラック顔料（C.I.ピグメントブラック７）としては、＃２６００，＃２３００，＃９９０，＃９８０，＃９６０，＃９５０，＃９００，＃８５０，＃７５０，＃６５０，ＭＣＦ−８８，ＭＡ−６００，＃９５，＃５５，＃５２，＃４７，＃４５，＃４５Ｌ，＃４４，＃４０，＃３３，＃３２，＃３０，＃２５，＃２０，＃１０，＃５（以上、三菱化学製）、Printex９５，Printex９０，Printex８５，Printex８０，Printex７５，Printex４５，Printex４０，PrintexＰ，Printex６０，Printex３００，Printex３０，Printex３５，Printex２５，Printex２００，PrintexＡ，PrintexＧ，PrintexＬ６，PrintexＬ（以上、デグッサ製）、Raven８５０，Raven７８０ＵＬＴＲＡ，Raven７６０ＵＬＴＲＡ，Raven７９０ＵＬＴＲＡ，Raven５２０，Raven５００，Raven４１０，Raven４２０，Raven４３０，Raven４５０，Raven４６０，Raven８９０，Raven１０２０（以上、コロンビア製）、Regal ４１５Ｒ，Regal ３３０Ｒ，Regal ２５０Ｒ，Regal ９９５Ｒ，Monarch８００，Monarch８８０，Monarch９００，Monarch４６０，Monarch２８０，Monarch１２０（以上、キャボット製）等が挙げられる。 The carbon black pigment (CI pigment black 7) used in the black ink of the present invention includes # 2600, # 2300, # 990, # 980, # 960, # 950, # 900, # 850, # 750, # 650. , MCF-88, MA-600, # 95, # 55, # 52, # 47, # 45, # 45L, # 44, # 40, # 33, # 32, # 30, # 25, # 20, # 10 , # 5 (manufactured by Mitsubishi Chemical), Printex95, Printex90, Printex85, Printex80, Printex75, Printex45, Printex40, PrintexP, Printex60, Printex300, Printex30, Printex35, Printex25, Printex200, PrintexA, PrintexG, PrintexL6, PrintexL (and above, Degussa) Manufactured), Raven850, Raven780ULTRA, Raven760ULTRA, Raven790ULTRA, Raven520, Raven500 , Raven410, Raven420, Raven430, Raven450, Raven460, Raven890, Raven1020 (above Colombia), Regal 415R, Regal 330R, Regal 250R, Regal 995R, Monarch800, Monarch880, Monarch900, Monarch460, Monarch280, Monarch120 (above, Cabo 120) Etc.
イエローインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントイエロー１，C.I.ピグメントイエロー２，C.I.ピグメントイエロー３，C.I.ピグメントイエロー１２，C.I.ピグメントイエロー１３，C.I.ピグメントイエロー１４，C.I.ピグメントイエロー１６，，C.I.ピグメントイエロー１７，C.I.ピグメントイエロー７３，C.I.ピグメントイエロー７４，C.I.ピグメントイエロー７５，C.I.ピグメントイエロー８３，C.I.ピグメントイエロー９３，C.I.ピグメントイエロー９５，C.I.ピグメントイエロー９７，C.I.ピグメントイエロー９８，C.I.ピグメントイエロー１１４，C.I.ピグメントイエロー１２８，C.I.ピグメントイエロー１２９，C.I.ピグメントイエロー１５１，C.I.ピグメントイエロー１５４等が挙げられる。 As pigments used in yellow ink, CI pigment yellow 1, CI pigment yellow 2, CI pigment yellow 3, CI pigment yellow 12, CI pigment yellow 13, CI pigment yellow 14, CI pigment yellow 16, CI pigment yellow 17 CI Pigment Yellow 73, CI Pigment Yellow 74, CI Pigment Yellow 75, CI Pigment Yellow 83, CI Pigment Yellow 93, CI Pigment Yellow 95, CI Pigment Yellow 97, CI Pigment Yellow 98, CI Pigment Yellow 114, CI Pigment Yellow 128 CI pigment yellow 129, CI pigment yellow 151, CI pigment yellow 154, and the like.
マゼンタインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントレッド５，C.I.ピグメントレッド７，C.I.ピグメントレッド１２，C.I.ピグメントレッド４８（Ｃａ），C.I.ピグメントレッド４８（Ｍｎ），C.I.ピグメントレッド５７（Ｃａ），C.I.ピグメントレッド５７：１，C.I.ピグメントレッド１１２，C.I.ピグメントレッド１２３，C.I.ピグメントレッド１６８，C.I.ピグメントレッド１８４，C.I.ピグメントレッド２０２等が挙げられる。 As pigments used in magenta ink, CI Pigment Red 5, CI Pigment Red 7, CI Pigment Red 12, CI Pigment Red 48 (Ca), CI Pigment Red 48 (Mn), CI Pigment Red 57 (Ca), CI CI pigment red 57: 1, CI pigment red 112, CI pigment red 123, CI pigment red 168, CI pigment red 184, CI pigment red 202, and the like.
シアンインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントブルー１，C.I.ピグメントブルー２，C.I.ピグメントブルー３，C.I.ピグメントブルー１５：３，C.I.ピグメントブルー１５：３４，C.I.ピグメントブルー１６，C.I.ピグメントブルー２２，C.I.ピグメントブルー６０，C.I.バットブルー４，C.I.バットブルー６０等が挙げられる。 As pigments used in cyan ink, CI pigment blue 1, CI pigment blue 2, CI pigment blue 3, CI pigment blue 15: 3, CI pigment blue 15:34, CI pigment blue 16, CI pigment blue 22, CI Pigment Blue 60, CI Bat Blue 4, CI Bat Blue 60, and the like.
以上の他に、レッド，グリーン，ブルーその他の３原色以外の中間色が必要とされる場合には、以下のような顔料を単独あるいは併用して用いることが好ましい。例えば、C.I.ピグメントレッド２０９，C.I.ピグメントレッド１２２，C.I.ピグメントレッド２２４，C.I.ピグメントレッド１７７，C.I.ピグメントレッド１９４，C.I.ピグメントオレンジ４３，C.I.バットバイオレット３，C.I.ピグメントバイオレット１９，C.I.ピグメントグリーン３６，C.I.ピグメントグリーン７，C.I.ピグメントバイオレット２３，C.I.ピグメントバイオレット３７，C.I.ピグメントブルー１５：６，C.I.ピグメントブルー２０９等が挙げられる。 In addition to the above, when intermediate colors other than the three primary colors such as red, green, blue and the like are required, the following pigments are preferably used alone or in combination. For example, CI Pigment Red 209, CI Pigment Red 122, CI Pigment Red 224, CI Pigment Red 177, CI Pigment Red 194, CI Pigment Orange 43, CI Bat Violet 3, CI Pigment Violet 19, CI Pigment Green 36, CI Pigment Green 36 7, CI pigment violet 23, CI pigment violet 37, CI pigment blue 15: 6, CI pigment blue 209, and the like.
また、カラーインク中には下記に挙げるような染料を共存させてもよい。イエローインクに用いられる染料としては、例えば、C.I.アシッドイエロー１１，C.I.アシッドイエロー１７，C.I.アシッドイエロー２３，C.I.アシッドイエロー２５，C.I.アシッドイエロー２９，C.I.アシッドイエロー４２，C.I.アシッドイエロー４９，C.I.アシッドイエロー６１，C.I.アシッドイエロー７１，C.I.ダイレクトイエロー１２，C.I.ダイレクトイエロー２４，C.I.ダイレクトイエロー２６，C.I.ダイレクトイエロー４４，C.I.ダイレクトイエロー８６，C.I.ダイレクトイエロー８７，C.I.ダイレクトイエロー９８，C.I.ダイレクトイエロー１００，C.I.ダイレクトイエロー１３０，C.I.ダイレクトイエロー１４２等が挙げられる。 Further, the following dyes may coexist in the color ink. Examples of the dye used in the yellow ink include CI Acid Yellow 11, CI Acid Yellow 17, CI Acid Yellow 23, CI Acid Yellow 25, CI Acid Yellow 29, CI Acid Yellow 42, CI Acid Yellow 49, and CI Acid Yellow 61. CI Acid Yellow 71, CI Direct Yellow 12, CI Direct Yellow 24, CI Direct Yellow 26, CI Direct Yellow 44, CI Direct Yellow 86, CI Direct Yellow 87, CI Direct Yellow 98, CI Direct Yellow 100, CI Direct Yellow 130 CI direct yellow 142 and the like.
マゼンタインクに用いられる染料としては、C.I.アシッドレッド１，C.I.アシッドレッド６，C.I.アシッドレッド８，C.I.アシッドレッド３２，C.I.アシッドレッド３５，C.I.アシッドレッド３７，C.I.アシッドレッド５１，C.I.アシッドレッド５２，C.I.アシッドレッド８０，C.I.アシッドレッド８５，C.I.アシッドレッド８７，C.I.アシッドレッド９２，C.I.アシッドレッド９４，C.I.アシッドレッド１１５，C.I.アシッドレッド１８０，C.I.アシッドレッド２５４，C.I.アシッドレッド２５６，C.I.アシッドレッド２８９，C.I.アシッドレッド３１５，C.I.アシッドレッド３１７，C.I.ダイレクトレッド１，C.I.ダイレクトレッド４，C.I.ダイレクトレッド１３，C.I.ダイレクトレッド１７，C.I.ダイレクトレッド２３，C.I.ダイレクトレッド２８，C.I.ダイレクトレッド３１，C.I.ダイレクトレッド６２，C.I.ダイレクトレッド７９，C.I.ダイレクトレッド８１，C.I.ダイレクトレッド８３，C.I.ダイレクトレッド８９，C.I.ダイレクトレッド２２７，C.I.ダイレクトレッド２４０，C.I.ダイレクトレッド２４２，C.I.ダイレクトレッド２４３等が挙げられる。 The dyes used for magenta ink are CI Acid Red 1, CI Acid Red 6, CI Acid Red 8, CI Acid Red 32, CI Acid Red 35, CI Acid Red 37, CI Acid Red 51, CI Acid Red 52, CI Acid Red 80, CI Acid Red 85, CI Acid Red 87, CI Acid Red 92, CI Acid Red 94, CI Acid Red 115, CI Acid Red 180, CI Acid Red 254, CI Acid Red 256, CI Acid Red 289, CI Acid Red 315, CI Acid Red 317, CI Direct Red 1, CI Direct Red 4, CI Direct Red 13, CI Direct Red 17, CI Direct Red 23, CI Direct Red 28, CI Direct Red 3 , C.I. Direct Red 62, C.I. Direct Red 79, C.I. Direct Red 81, C.I. Direct Red 83, C.I. Direct Red 89, C.I. Direct Red 227, C.I. Direct Red 240, C.I. Direct Red 242, C.I. Direct Red 243, and the like.
シアンインクに用いられる染料としては、C.I.アシッドブルー９，C.I.アシッドブルー２２，C.I.アシッドブルー４０，C.I.アシッドブルー５９，C.I.アシッドブルー９３，C.I.アシッドブルー１０２，C.I.アシッドブルー１０４，C.I.アシッドブルー１１３，C.I.アシッドブルー１１７，C.I.アシッドブルー１２０，C.I.アシッドブルー１６７，C.I.アシッドブルー２２９，C.I.アシッドブルー２３４，C.I.アシッドブルー２５４，C.I.ダイレクトブルー６，C.I.ダイレクトブルー２２，C.I.ダイレクトブルー２５，C.I.ダイレクトブルー７１，C.I.ダイレクトブルー７８，C.I.ダイレクトブルー８６，C.I.ダイレクトブルー９０，C.I.ダイレクトブルー１０６，C.I.ダイレクトブルー１９９等が挙げられる。
ただし、これらの染料を共存させる場合も、顔料粒径ならびにインク中の顔料含有量などは後述する範囲内に入っている必要がある。
As dyes used for cyan ink, CI Acid Blue 9, CI Acid Blue 22, CI Acid Blue 40, CI Acid Blue 59, CI Acid Blue 93, CI Acid Blue 102, CI Acid Blue 104, CI Acid Blue 113, CI Acid Blue 117, CI Acid Blue 120, CI Acid Blue 167, CI Acid Blue 229, CI Acid Blue 234, CI Acid Blue 254, CI Direct Blue 6, CI Direct Blue 22, CI Direct Blue 25, CI Direct Blue 71, CI Direct blue 78, CI direct blue 86, CI direct blue 90, CI direct blue 106, CI direct blue 199 and the like can be mentioned.
However, even when these dyes are allowed to coexist, the pigment particle size and the pigment content in the ink need to be within the ranges described later.
本発明において、前記したカチオン系水溶性高分子を分散剤として使用して顔料を分散する際に、物性面から好ましい顔料としては、等電点が６以上に調節された顔料、あるいは顔料を特徴づける単純水分散体のｐＨが中性あるいは塩基性のｐＨを有するもの、例えば、７以上〜１０であるような顔料が分散性の点で好ましい。これは顔料とカチオン系水溶性高分子とのイオン的な相互作用力が強いためと理解されている。 In the present invention, when the pigment is dispersed using the above cationic water-soluble polymer as a dispersant, a pigment having a constant isoelectric point of 6 or more is preferably used as a pigment from the viewpoint of physical properties. A simple water dispersion having a neutral or basic pH, for example, a pigment having a pH of 7 or more and 10 is preferred from the viewpoint of dispersibility. This is understood because the ionic interaction force between the pigment and the cationic water-soluble polymer is strong.
以上のような材料を用いて顔料の微粒子水性分散体を得るには、以下のような方法を採用することが好ましい。
（１）カーボンブラックの場合：カーボンブラックをカチオン分散剤溶液中にてプレミキシング処理を行い、引き続き高ずり速度の分散装置でミリングし、希釈後、粗大粒子を除去するために遠心分離処理を行う。その後、所望のインク処方のための材料を添加し、場合によっては、エイジング処理を施す。しかる後、最終的に所望の平均粒径を有する顔料分散体を得るために遠心分離処理を行う。このようにして作製されるインクのｐＨは３〜９の範囲とするのが好ましい。
In order to obtain an aqueous pigment fine particle dispersion using the above materials, the following method is preferably employed.
(1) In the case of carbon black: carbon black is premixed in a cationic dispersant solution, subsequently milled with a high shear rate dispersing device, and after dilution, centrifuged to remove coarse particles . Thereafter, the material for the desired ink formulation is added and, in some cases, an aging treatment is performed. Thereafter, a centrifugal treatment is performed to finally obtain a pigment dispersion having a desired average particle diameter. The pH of the ink thus prepared is preferably in the range of 3-9.
（２）その他の色相の顔料の場合：アニオン系分散剤を用いる以外は、基本的にはカーボンブラックと同様である。但し、小粒径にするのが困難な有機顔料の場合には、顔料合成と同時、あるいは合成途中段階で界面活性剤処理を行い、顔料粒子の結晶成長を抑制し、濡れ性を高めた加工顔料を使用することが望ましい。このようにして作製したインクのｐＨは５〜１０の範囲とするのが好ましい。カーボン黒色インク及びカラーインク何れの場合でも、その平均粒径は０.０２〜１μｍの範囲であることが分散体の安定性上必須であり、好ましくは、０.０３〜０.４μｍの範囲である。これは分散体の安定性という観点からの必須条件であるが、微細な開口からインクを吐出させるといういわゆるインクジェットに必須という観点から、この平均粒径を検討すると微細な開口すなわち吐出口での目詰まりを考慮に入れる必要があるが、これは後述する。なお、良好なインクの表面張力は１０〜６０ｄｙｎ／ｃｍの範囲である。 (2) For pigments of other hues: Basically the same as carbon black except that an anionic dispersant is used. However, for organic pigments where it is difficult to reduce the particle size, a surfactant treatment is performed at the same time as the pigment synthesis or in the middle of the synthesis to suppress the crystal growth of the pigment particles and improve the wettability. It is desirable to use pigments. The pH of the ink thus prepared is preferably in the range of 5-10. In either case of the carbon black ink and the color ink, the average particle diameter is in the range of 0.02 to 1 μm, which is essential for the stability of the dispersion, and preferably in the range of 0.03 to 0.4 μm. is there. This is an indispensable condition from the viewpoint of the stability of the dispersion, but from the viewpoint that it is essential for so-called inkjet, in which ink is ejected from a fine opening, this average particle diameter is examined, and the eye at the fine opening, that is, at the ejection port, is considered. It is necessary to take clogging into account, which will be described later. The surface tension of good ink is in the range of 10 to 60 dyn / cm.
これらのインクを用いて普通紙へ記録する場合には、記録される文字の鮮明さの点から、黒色顔料インクは用紙との界面張力が高いことが好ましい。一方、カラーインクは、カラーインク間の相互拡散による滲み（カラーブリード）を少なくするために、速い浸透速度を持つことがよい結果となるので、用紙との界面張力が低いことが好ましい。このように、黒色インクが酸性で高い界面張力を持ち、カラーインクが塩基性で低い界面張力を持っていると、黒色インクが、カラーインク側に流れ込む傾向が少なくなり、黒色インクとカラーインクのカラーブリードは事実上全くなくなる。なお、上記のインクと用紙の界面張力は、例えば、動的濡れ性試験機として市販されている装置（Wilhelmy法を用いた装置で、製品名称WET-3000レスカ株式会社製）等によって測定される量である。界面張力が高いとは、普通紙に対する接触角が１秒〜数秒の短時間においても、９０゜以上であることを指し、界面張力が低いとは、９０゜以下であることを指している。 When recording on plain paper using these inks, it is preferable that the black pigment ink has a high interfacial tension with the paper from the viewpoint of the clarity of recorded characters. On the other hand, it is preferable that the color ink has a high permeation rate in order to reduce bleeding (color bleed) due to mutual diffusion between the color inks. Therefore, it is preferable that the interfacial tension with the paper is low. As described above, when the black ink is acidic and has a high interfacial tension, and the color ink is basic and has a low interfacial tension, the black ink is less likely to flow into the color ink side. There is virtually no color bleed. The interfacial tension between the ink and the paper is measured by, for example, a device commercially available as a dynamic wettability tester (a device using the Wilhelmy method, manufactured by WET-3000 Resca Co., Ltd.). Amount. High interfacial tension indicates that the contact angle with plain paper is 90 ° or more even in a short time of 1 to several seconds, and low interfacial tension indicates that it is 90 ° or less.
本発明で使用するカラーインクに使用される分散剤は、アルカリ可溶性の水溶性脂樹であり、重量平均分子量は１,０００〜３０,０００であり、好ましくは３,０００〜１５,０００の範囲である。具体的には、スチレン，スチレン誘導体，ビニルナフタレン，ビニルナフタレン誘導体，アクリル酸のアルキルエステル，メタクリル酸のアルキルエステル等の疎水性モノマーと、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸及びその脂肪族アルコールエステル，アクリル酸，メタクリル酸，マレイン酸，イタコン酸，フマール酸及びそれらの誘導体等の親水性モノマーからなる共重合体及びそれらの塩等である。共重合体はランダム，ブロック，グラフト等の何れの構造を有していてもよく、酸価は１００〜４３０、好ましくは、１３０〜３６０の範囲である。 The dispersant used for the color ink used in the present invention is an alkali-soluble water-soluble oil tree, and has a weight average molecular weight of 1,000 to 30,000, preferably in the range of 3,000 to 15,000. It is. Specifically, hydrophobic monomers such as styrene, styrene derivatives, vinyl naphthalene, vinyl naphthalene derivatives, alkyl esters of acrylic acid, alkyl esters of methacrylic acid, α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acids and their aliphatic alcohols Copolymers composed of hydrophilic monomers such as esters, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid, fumaric acid and derivatives thereof, and salts thereof. The copolymer may have any structure such as random, block, and graft, and the acid value is in the range of 100 to 430, preferably 130 to 360.
本発明に使用される分散剤としては、更に、ポリビニルアルコール，カルボキシメチルセルロース等の水溶性ポリマー，ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物，ポリスチレンスルホン酸等の水溶性樹脂も使用することが可能である。しかし、アルカリ可溶性の水溶性脂樹の方が分散液の低粘度化が可能で、分散も容易であるという利点がある。これらの分散剤の使用量は、選択した顔料と分散剤とを用いて実験的に決定されるが、顔料に吸着せず溶解している樹脂の量は、インク中で４重量％以下であることが好ましい。 As the dispersant used in the present invention, a water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol and carboxymethyl cellulose, a water-soluble resin such as naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate, and polystyrene sulfonic acid can also be used. However, the alkali-soluble water-soluble oil tree has the advantage that the viscosity of the dispersion can be lowered and the dispersion is easy. The amount of these dispersants used is experimentally determined using the selected pigment and dispersant, but the amount of resin dissolved without adsorbing to the pigment is 4% by weight or less in the ink. It is preferable.
上記分散剤を水系にて用いるには塩基が必要である。そのために好適な塩基としては、エタノールアミン，ジエタノールアミン，トリエタノールアミン，Ｎ−メチルエタノールアミン，Ｎ−エチルジエタノールアミン，２−アミノ−２−メチルプロパノール，２−エチル−２−アミノ−１，３−プロパンジオール，２−（２−アミノエチル）エタノールアミン，トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン，アンモニア，ピペリジン，モルフォリン，β−ジヒドロキシエチル尿素等の有機塩基，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，水酸化リチウム等の無機塩基が挙げられる。最適な塩基種は選択した顔料及び分散剤の種類によって異なるが不揮発性で安定、かつ保水性の高いものが好ましい。用いる塩基の量は基本的には分散剤の酸価から計算される量から、それを中和するに必要な塩基量として夫々用いられる。場合によっては、酸の当量を上回る量の塩基を用いる場合がある。それは、分散性向上，インクのｐＨ調整，記録性能の調整，保湿性の向上等の目的で行う。 A base is required to use the dispersant in an aqueous system. Suitable bases for this purpose include ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methylethanolamine, N-ethyldiethanolamine, 2-amino-2-methylpropanol, 2-ethyl-2-amino-1,3-propane. Organic bases such as diol, 2- (2-aminoethyl) ethanolamine, tris (hydroxymethyl) aminomethane, ammonia, piperidine, morpholine, β-dihydroxyethylurea, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. Of the inorganic base. The optimum base species varies depending on the selected pigment and dispersant, but is preferably non-volatile, stable, and highly water-retaining. The amount of base used is basically used from the amount calculated from the acid value of the dispersant as the amount of base necessary to neutralize it. In some cases, an amount of base exceeding the acid equivalent may be used. This is performed for the purpose of improving dispersibility, adjusting ink pH, adjusting recording performance, and improving moisture retention.
本発明においてインクに用いられる溶剤としては、水と混和性がある有機溶剤類である。有機溶剤としては下記の如く３群に分けることができる。即ち、保湿性が高く，蒸発しにくく，親水性に優れる第１群の溶剤、有機性があり疎水性の表面への濡れ性がよく、蒸発乾燥性もある第２群の溶剤、適度の濡れ性を有し低粘度の第３群の溶剤（一価アルコール類）である。 In the present invention, the solvent used for the ink is an organic solvent miscible with water. The organic solvent can be divided into three groups as follows. That is, the first group of solvents with high moisture retention, resistance to evaporation, and excellent hydrophilicity, the second group of solvents with good organic and hydrophobic surface wettability and evaporative drying properties, moderate wetting And a low viscosity third group solvent (monohydric alcohols).
第１群に属する溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ジメチルスルホキシド、ダイアセトンアルコール、グリセリンモノアリルエーテル、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール３００、チオジグリコール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、スルフォラン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、β−ジヒドロキシエチルウレア、ウレア、アセトニルアセトン、ヘンタエリスリトール、１，４−シクロヘキサンジオール等が挙げられる。 Solvents belonging to the first group include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, glycerin, 1,2,4-butanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,5-pentanetriol. 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, dimethyl sulfoxide, diacetone alcohol, glycerin monoallyl ether, propylene glycol, butylene glycol, polyethylene glycol 300, thiodiglycol, N- Methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, sulfolane, trimethylolpropane, trimethylolethane, neopentylglycol, ethyleneglycol Monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monoallyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, di Examples include propylene glycol monomethyl ether, β-dihydroxyethyl urea, urea, acetonyl acetone, gentaerythritol, 1,4-cyclohexanediol, and the like.
第２群に属する溶媒としては、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、グリセリンモノアセテート、グリセリンジアセテート、グリセリントリアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノール、１，２−シクロヘキサンジオール、１−ブタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３−ヘキセン−２，５−ジオール、２，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、２，５−ヘキサンジオール等が挙げられる。 Solvents belonging to the second group include hexylene glycol, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoisobutyl ether, triethylene glycol Ethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dip Pyrene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, glycerin monoacetate, glycerin diacetate, glycerin triacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanol, 1,2-cyclohexanediol, 1-butanol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 3-hexene-2,5-diol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2,4-pentanediol, 2,5- Examples include hexanediol.
第３群に属する溶媒としては、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、１−メトキシ−２−プロパノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等が挙げられる。以上のような水溶性溶媒の総量は、おおむねインク全体に対して５〜４０重量％の範囲で使用することが好ましい。 Examples of the solvent belonging to the third group include ethanol, n-propanol, 2-propanol, 1-methoxy-2-propanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol and the like. The total amount of the water-soluble solvent as described above is preferably used in the range of 5 to 40% by weight with respect to the whole ink.
本発明のインクを構成する各水性顔料インクには、界面活性剤，ｐＨ調整剤，防腐剤等を添加することが可能である。界面活性剤は浸透性の高いカラーインクの調製，バブルジェット方式における発熱ヒーター，吐出ノズル表面への濡れ性の調節等に有益である。材料としては既存の市販品から適宜選択することができる。以上のような材料から構成される各インクの物性をまとめると、黒色インクは、高い表面張力（概略３０〜６０ｄｙｎ／ｃｍ）を有し、一方、カラーインクは低い表面張力（概略１０〜４０ｄｙｎ／ｃｍ）を有することが好ましい。 Surfactants, pH adjusters, preservatives, and the like can be added to each aqueous pigment ink constituting the ink of the present invention. Surfactants are useful for the preparation of highly penetrating color inks, the heating heater in the bubble jet system, and the adjustment of wettability to the discharge nozzle surface. The material can be appropriately selected from existing commercial products. Summarizing the physical properties of each ink composed of the above materials, black ink has high surface tension (approximately 30 to 60 dyn / cm), while color ink has low surface tension (approximately 10 to 40 dyn / cm). cm).
以上のような、本発明における黒色水性顔料インクとカラーインクを使用して普通紙に対してカラー記録を行うと、黒の文字等が鮮明であり、画像やグラフと黒の文字が隣り合っていても相互滲みがなく夫々明瞭である。 When color recording is performed on plain paper using the black aqueous pigment ink and color ink of the present invention as described above, black characters and the like are clear, and images and graphs are adjacent to black characters. However, there is no mutual bleeding and each is clear.
本発明のカラーインクを使用する場合、被記録材としては、一般の普通紙（例えば、上質紙，中質紙あるいはボンド紙等），コート紙，ＯＨＰ用のプラスチックフィルム等の何れでも使用することができる。前述のように、本発明は全てのインクジェット記録方式に適用できるが、中でも、熱エネルギーによるインクの発泡現象によってインクを吐出させるタイプのインクジェット記録方法に使用する場合に特に好適であり、インクの吐出が極めて安定し、サテライトドットの発生等が生じないという特徴がある。但し、この場合に熱的な物性、例えば、比重，熱膨張係数及び熱伝導率等を調整する必要が生ずることもある。 When the color ink of the present invention is used, the recording material may be any of ordinary plain paper (for example, high-quality paper, medium-quality paper, bond paper, etc.), coated paper, OHP plastic film, and the like. Can do. As described above, the present invention can be applied to all ink jet recording methods, but is particularly suitable for use in an ink jet recording method in which ink is ejected due to a phenomenon of ink foaming due to thermal energy. Is extremely stable and does not generate satellite dots. However, in this case, it may be necessary to adjust thermal properties such as specific gravity, thermal expansion coefficient, and thermal conductivity.
次に、本発明のより特徴的な点について説明する。前述のように、本発明は、微細な開口からインクを吐出させるといういわゆるインクジェット記録方式に関するものであり、インクジェット記録方式にとって、吐出口部における目詰まりは致命的なものである。これは染料インクを使用するものより、本発明のように、溶媒中に微粒子を分散させた顔料インクを使用するものでは、顔料が染料のように溶解しているわけではなく分散しているだけなので、より目詰まりが起こりやすい。さらに、本発明では、従来にはない微細な吐出口径、例えば、吐出口径がΦ２５μｍ以下（面積でいうならば５００μｍ2未満）であるようなインクジェット記録ヘッドを想定しているので、この目詰まりは大変深刻な問題である。 Next, more characteristic points of the present invention will be described. As described above, the present invention relates to a so-called ink jet recording system in which ink is ejected from a fine opening, and clogging at an ejection port is fatal for the ink jet recording system. This is not the case of using a dye ink, but the case of using a pigment ink in which fine particles are dispersed in a solvent as in the present invention, the pigment is not dissolved like a dye but only dispersed. So clogging is more likely to occur. Further, in the present invention, an ink jet recording head having a fine discharge port diameter that is not conventionally used, for example, a discharge port diameter of Φ25 μm or less (in terms of area, less than 500 μm 2 ) is assumed. It is a very serious problem.
ところで目詰まりとは、微細な開口からインクが噴射するというインクジェット記録方式の原理そのものに由来するものである。つまり、開口が微細であるがゆえに生じるものである。よって、その開口すなわち吐出口の各ディメンション，形状，性状と、いわばインク中の異物とでもいうべき顔料の大きさとには密接な関係がある。 By the way, the clogging is derived from the principle of the ink jet recording system in which ink is ejected from a fine opening. That is, it occurs because the opening is fine. Therefore, there is a close relationship between each dimension, shape, and property of the opening, that is, the ejection port, and the size of the pigment, which can be called foreign matter in the ink.
本発明は、この点に鑑み、吐出口の各ディメンション，形状，性状と顔料粒子の大きさに着目し、目詰まりの生じにくさとそれらの関係を見い出したものである。具体的には、顔料粒子径を変えたインクを調合し、各ディメンション，形状，性状がわかっているインクジェット記録ヘッドを使用し、一定時間インク噴射を行った後、一定時間放置し、インク噴射を再開し、吐出口の目詰まりの有無を調べた。その場合、吐出口の完全閉塞だけではなく、部分的な目詰まりおよびそれに至る事前の兆候（わずかな目詰まり）も目詰まりとみなしてテストした。 In view of this point, the present invention focuses on the dimensions, shapes, and properties of the discharge ports and the size of the pigment particles, and finds out the relationship between the difficulty of clogging and the occurrence thereof. Specifically, inks with different pigment particle diameters were prepared, ink jet recording heads with known dimensions, shapes, and properties were used. After ink ejection for a certain period of time, the ink was ejected for a certain period of time. The operation was restarted, and the discharge port was checked for clogging. In that case, not only a complete blockage of the outlet, but also a partial clogging and a prior indication (a slight clogging) were considered as clogging and tested.
使用したヘッドは、図１に示したような構成の熱エネルギーを使用するインクジェット記録方式のヘッドである。ただし図１に示したヘッドは、流路の先端がそのまま吐出口になっているものを示したが、実験に使用したものは、図３に示すように、この先端に流路の配列密度と同じ配列密度で形成したノズル２１を有するノズル板２０を設けたものである（なお、図３において、図３（Ａ）は、図１（Ａ）に示したヘッドにノズル板２０を取り付ける前の様子を示す斜視図、図３（Ｂ）は、ノズル板２０を取り付けた後の斜視図である）。また、その吐出口（ノズル）の数も、図１，図３に示したものは、説明を簡単にするため吐出口が４個しかないものであるが、実際に使用したのは吐出口の数が１２８個で、その配列密度が４００ｄｐｉのものである。また、発熱体の大きさは２２μｍ×９０μｍで、その抵抗値は１１０Ωであり、インク噴射の駆動電圧は２４Ｖ，駆動パルス幅は６.５μｓ，駆動周波数は１２ｋＨｚとした。なお、記録ヘッドは吐出口径をΦ２５μｍとし、吐出口部の厚さ（吐出口部の奥行き部分の距離）を変えた３種類のヘッド（Ｈ１〜Ｈ３）を用意した（それぞれ吐出口部の厚さを、ｔ＝４０μｍ（Ｈ１），５０μｍ（Ｈ２），６０μｍ（Ｈ３）とした）。 The used head is an ink jet recording type head that uses thermal energy having a configuration as shown in FIG. However, the head shown in FIG. 1 shows that the end of the flow path is the discharge port as it is, but the one used in the experiment is the arrangement density of the flow path at the end as shown in FIG. A nozzle plate 20 having nozzles 21 formed with the same arrangement density is provided (in FIG. 3, FIG. 3 (A) shows a state before attaching the nozzle plate 20 to the head shown in FIG. 1 (A)). FIG. 3B is a perspective view after the nozzle plate 20 is attached. In addition, the number of the discharge ports (nozzles) shown in FIGS. 1 and 3 is only four in order to simplify the explanation. The number is 128 and the arrangement density is 400 dpi. The size of the heating element was 22 μm × 90 μm, the resistance value was 110Ω, the driving voltage for ink ejection was 24 V, the driving pulse width was 6.5 μs, and the driving frequency was 12 kHz. Note that the recording head was prepared with three types of heads (H1 to H3) in which the ejection port diameter was Φ25 μm and the thickness of the ejection port portion (the distance of the depth portion of the ejection port portion) was changed (each thickness of the ejection port portion). T = 40 μm (H1), 50 μm (H2), and 60 μm (H3)).
使用したインクは、以下のような組成および製法によるものであるが、顔料粒径が０.００５〜４μｍまで変えたものを準備し、吐出口径の異なるヘッドＨ１〜Ｈ３と組み合わせてテストした。また、一定時間インク噴射を行った後の放置の条件は、温度４０℃，湿度３０％の雰囲気中で１０時間放置である。 The ink used was according to the following composition and production method, but inks having a pigment particle size changed to 0.005 to 4 μm were prepared and tested in combination with heads H1 to H3 having different discharge port diameters. The condition for leaving after ink ejection for a certain period of time is standing for 10 hours in an atmosphere of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 30%.
インクの製法を以下に示す。
スチレン／アクリル酸／エチルアクリレートからなる、酸価２９０、重量平均分子量５,０００、ガラス転移温度７７℃の共重合体Ｐをモノエタノールアミンを用いて溶解した水溶液を用い、アントラキノン系顔料ピグメントレッド−１７７分散体Ｄ１〜Ｄ２０を作製した。
・共重合体Ｐ水溶液（固形分１５重量％） ４０部
・ピグメントレッド−１７７（クロモフタールレッドＡ２Ｂ，
チバガイギー製） ２４部
・ジエチレングリコール ２０部
・イソプロピルアルコール １０部
・水 １３０部
The production method of the ink is shown below.
Anthraquinone pigment pigment red- using an aqueous solution of styrene / acrylic acid / ethyl acrylate having an acid value of 290, a weight average molecular weight of 5,000, and a glass transition temperature of 77 ° C. dissolved in monoethanolamine. 177 dispersions D1-D20 were prepared.
-Copolymer P aqueous solution (solid content 15 wt%) 40 parts-Pigment Red-177 (chromoftal red A2B,
24 parts ・ Diethylene glycol 20 parts ・ Isopropyl alcohol 10 parts ・ Water 130 parts
これらの材料をバッチ式縦型サンドミル（アイメックス製）に仕込み、１ｍｍ径のガラスビーズをメディアとして充填し、水冷しつつ３時間分散処理を行った。分散後の液の粘度は３０ｃＰ，ｐＨ＝９.８の粗分散体を得た。この分散液を遠心分離機にかけ粗大粒子を除去し、また、遠心分離の条件を種々変えることによって顔料の平均粒径を０.００５〜４μｍまで変えた分散体Ｄ１〜Ｄ２０を得た。これらの分散体を水，ジエチレングリコール，エチレングリコールモノブチルエーテル（６０：２５：１５重量比）にて希釈し、粘度３ｃＰ，表面張力４０ｄｙｎ／ｃｍ，ｐＨ＝９.５の赤色塩基性インクジェット用インクＲ１〜Ｒ２０を得た。最終調製物の固形分は約７.５重量％であった。なお、これらのインク中の最終的な顔料含有率は５重量％である。 These materials were charged into a batch type vertical sand mill (manufactured by IMEX), filled with 1 mm diameter glass beads as a medium, and dispersed for 3 hours while cooling with water. A crude dispersion having a viscosity of 30 cP and a pH of 9.8 was obtained after dispersion. The dispersion was centrifuged to remove coarse particles, and dispersions D1 to D20 were obtained in which the average particle diameter of the pigment was changed to 0.005 to 4 μm by changing the conditions of the centrifugation. These dispersions are diluted with water, diethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether (60:25:15 weight ratio), and a red basic ink-jet ink R1 having a viscosity of 3 cP, a surface tension of 40 dyn / cm, and a pH of 9.5. R20 was obtained. The final preparation had a solid content of about 7.5% by weight. The final pigment content in these inks is 5% by weight.
なお、平均粒径は、動的光散乱法による粒度分布測定装置ＥＬＳ−８００（大塚電子製）にて測定を行い、平均量は自己相関関数の初期勾配から得られる値で示した。
これらのインクＲ１〜Ｒ２０と上記の吐出口部の厚さ（吐出口部の奥行き部分の距離）を変えたヘッドを組み合わせて、目詰まりの発生状況を調べた結果を表１〜表３に記す。
The average particle size was measured with a particle size distribution measuring device ELS-800 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) by a dynamic light scattering method, and the average amount was shown as a value obtained from the initial gradient of the autocorrelation function.
Tables 1 to 3 show the results of examining the occurrence of clogging by combining these inks R1 to R20 and the heads having different thicknesses (distances of the depths of the discharge ports). .
以上の結果より、顔料粒径Ｄｐと吐出口の奥行き部分の距離（ノズル厚さ）ｔとは、Ｄｐ／ｔ≦０.０１の関係を満足するようにすれば目詰まりのない安定したインク噴射が得られることがわかる。なお、ヘッドの構成によっては、流路と吐出口（ノズル）が連続的につながっているような場合もあるが、本発明でいうところの吐出口の奥行き部分の距離（ノズル厚さ）ｔとは、実質的にノズルを構成する部分の距離，厚さを意味する。 From the above results, stable ink ejection without clogging can be achieved by satisfying the relationship of Dp / t ≦ 0.01 between the pigment particle diameter Dp and the distance (nozzle thickness) t of the depth portion of the discharge port. It can be seen that Depending on the configuration of the head, the flow path and the discharge port (nozzle) may be connected continuously, but the distance (nozzle thickness) t of the depth portion of the discharge port in the present invention is Means the distance and thickness of the portion that substantially constitutes the nozzle.
次に本発明の他の特徴について説明する。前述のように、本発明の記録液体中の着色剤は、水などの解媒に溶解している染料ではなく、顔料である微粒子が分散しているものである。前述の結果では、このようないわゆる顔料インクであっても、顔料粒径と吐出口の奥行き部分の距離（ノズル厚さ）との関係をある範囲内にすれば、目詰まりが生じないことがわかったが、このような顔料インクを使って、インク滴噴射を行うには、目詰まりだけではなく、安定した噴射およびそれによって紙等の被記録体上にインク滴を狙いの位置に高精度に付着させる必要がある。 Next, other features of the present invention will be described. As described above, the colorant in the recording liquid of the present invention is not a dye dissolved in a solvent such as water, but is a dispersion of fine pigment particles. From the above results, even with such a so-called pigment ink, clogging may not occur if the relationship between the pigment particle diameter and the distance of the depth portion of the discharge port (nozzle thickness) is within a certain range. Okay, in order to perform ink droplet ejection using such pigment ink, not only clogging, but also stable ejection and thereby high accuracy at the target position of ink droplets on the recording medium such as paper It is necessary to adhere to.
ここでは、目詰まりに多いに関係する吐出口の奥行き部分の距離（ノズル厚さ）ｔと吐出口面から紙等の被記録体までの距離Ｌの関係について調べた。
使用したへッドは前述のＨ１〜Ｈ３のヘッドであり、吐出口径がΦ２５μｍであり、その数が１２８個で、その配列密度が４００ｄｐｉのものである。また、発熱体の大きさは２２μｍ×９０μｍで、その抵抗値は１１０Ωであり、インク噴射の駆動電圧は２４Ｖ，駆動パルス幅は６.５μｓ，駆動周波数は１２ｋＨｚである。
Here, the relationship between the distance (nozzle thickness) t of the depth portion of the discharge port, which is frequently associated with clogging, and the distance L from the discharge port surface to the recording medium such as paper was examined.
The heads used are the heads of H1 to H3 described above, the discharge port diameter is Φ25 μm, the number thereof is 128, and the arrangement density is 400 dpi. The heating element has a size of 22 μm × 90 μm, a resistance value of 110Ω, a drive voltage for ink ejection of 24 V, a drive pulse width of 6.5 μs, and a drive frequency of 12 kHz.
使用したインクは前述の赤色塩基性インクジェットヘッド用インクＲ５であり、被記録体としては三菱製紙製マットコートＮＭを使用し、ヘッドの吐出口面から被記録体までの距離を変えて印写実験を行い、この被記録体上における画素位置精度を評価することにより、高画質記録（高ドット位置精度）が得られるかどうか評価した。なお、本発明のように吐出口が小さく、かつ顔料インクを使用し、従来に較べて噴射がしにくいヘッドでは、少しでも良好な条件を見い出すために、重力作用も影響をおよぼすと考え、鉛直方向に対してほぼ垂直方向にインク滴を噴射する場合と、ほぼ鉛直方向の２通りの噴射方向を評価した。その結果を表４に示す。 The ink used was the above-described red basic ink-jet ink R5, and a Mitsubishi paper mat coat NM was used as the recording medium, and the printing experiment was carried out by changing the distance from the ejection port surface of the head to the recording medium. Then, by evaluating the pixel position accuracy on the recording medium, it was evaluated whether high-quality recording (high dot position accuracy) could be obtained. In the case of a head that has a small discharge port and uses pigment ink as in the present invention and is difficult to eject as compared with the conventional head, in order to find a good condition as much as possible, it is considered that the gravitational action also has an effect. Two types of ejection directions, ie, a case where ink droplets are ejected in a direction substantially perpendicular to the direction and a substantially vertical direction, were evaluated. The results are shown in Table 4.
なお、表４において、○は狙いのドット位置からのズレが１／４ドット以内に入った場合、△は狙いのドット位置からのズレが１／４ドット以上，１／２ドット以内に入った場合、×は狙いのドット位置からのズレが１／２ドット以上ズレた場合である。なお、１ドットの大きさは約Φ６０μｍである。 In Table 4, ○ indicates that the deviation from the target dot position is within ¼ dot, and △ indicates that the deviation from the target dot position is within ¼ dot and within ½ dot. In this case, x indicates a case where the deviation from the target dot position is a deviation of 1/2 dot or more. The size of one dot is about Φ60 μm.
以上の結果より、本発明のように吐出口が小さく、かつ顔料インクを使用し、従来に較べて噴射がしにくいヘッドであっても、吐出口から被記録面までの距離を１００ｔ以下とすることにより、安定噴射が行え、高精度なドット位置精度が得られ高画質記録が実現することがわかる。とりわけ噴射方向を鉛直方向にし、重力作用も利用することにより、その効果が増すこともわかる。 From the above results, the distance from the discharge port to the recording surface is set to 100 t or less even in the case of a head that uses a pigment ink and is less likely to be ejected than in the past as in the present invention. Thus, it is understood that stable ejection can be performed, high-precision dot position accuracy is obtained, and high-quality recording is realized. In particular, it can be seen that the effect is increased by setting the injection direction to the vertical direction and utilizing the gravity action.
なお、本発明は、必ずしも完全に鉛直にすることに限定されるものではなく、重力作用を利用すればより効果的であるということをいわんとするものである。よって、本発明を実際に利用する場合には、プリンタの構成上の制約からその噴射方向を完全に鉛直にできなくても、少しでも重力作用が利用できるように下方を向けて噴射するようになっていればよい。 It should be noted that the present invention is not necessarily limited to being completely vertical, but is more effective when the gravity action is used. Therefore, when the present invention is actually used, even if the jetting direction cannot be made completely vertical due to the restrictions on the configuration of the printer, the jet is directed downward so that the gravitational action can be used even a little. It only has to be.
次に、本発明のさらに他の特徴について説明する。前述のように本発明の記録液体中の着色剤は、水などの溶媒に溶解している染料ではなく、顔料である微粒子が分散しているものである。しかしながら、この顔料は、染料のように液媒体中に溶解するのではなく、分散しているため、液媒体中での安定性が悪く、インクの顔料の凝集，沈降，分離の発生が生じやすい。とりわけ、吐出口の形状によっては凝集した顔料がたまりやすく目詰まりを加速させる場合がある。 Next, still another feature of the present invention will be described. As described above, the colorant in the recording liquid of the present invention is not a dye dissolved in a solvent such as water but a fine particle as a pigment is dispersed. However, since this pigment is not dissolved in a liquid medium like a dye but is dispersed, the stability in the liquid medium is poor, and ink pigment aggregation, sedimentation, and separation are likely to occur. . In particular, depending on the shape of the discharge port, the aggregated pigment tends to accumulate and clogging may be accelerated.
上述のように目詰まり要因を抱える本発明のような液体噴射記録装置では、信頼性維持回復装置を必須の構成要件とする。信頼性維持回復装置としては、吐出口外側面の汚れをゴム，プラスチック，あるいは金属等のブレードで拭き取ったり、スポンジ等の吸湿部材で拭き取ったりする構造のものを用いる。いうまでもないがヘッドの吐出口部分をキャップすることも必須である。ここで、このような拭き取り構造の具体的機構の一例をあげる。たとえば、被記録体の前をヘッドが往復運動して印写を行うようなシリアルプリンタタイプの場合には、ヘッドを搭載するキャリッジのホームポジション近傍にブレードやスポンジ等の吸湿部材をヘッドの吐出口面に接触するように配置しておくことにより、キャリッジの移動による吐出口面とブレードやスポンジ等の吸湿部材との相対運動によって、拭き取り作業が行われる。 In the liquid jet recording apparatus such as the present invention having the clogging factor as described above, the reliability maintenance / recovery apparatus is an essential component. As the reliability maintaining and recovering device, one having a structure in which dirt on the outer surface of the discharge port is wiped off with a blade of rubber, plastic, metal or the like, or a moisture absorbing member such as sponge is wiped off. Needless to say, it is also essential to cap the discharge port portion of the head. Here, an example of the specific mechanism of such a wiping structure is given. For example, in the case of a serial printer type in which printing is performed by reciprocating the head in front of the recording medium, a moisture absorbing member such as a blade or sponge is placed near the home position of the carriage on which the head is mounted. By arranging it so as to be in contact with the surface, the wiping operation is performed by the relative movement of the discharge port surface by the movement of the carriage and the moisture absorbing member such as a blade or a sponge.
この拭き取り作業において、一番問題となるのは、吐出口の外側コーナーのだれである。図４〜図６は、吐出口の外側コーナー部の様子を示す図で、図４は外側コーナー部（４Ａ1）の形状がｒ形状（円形）のものを示し、図５は外側コーナー部（４Ａ2）の形状がｃ形状（面取り形状）のものを示す。理想的にはこの部分はだれることなく、図６に示すように、外側コーナー部（４Ａ3）の形状がシャープなｓ形状（直角形状）になっていることが望ましい。これは信頼性維持回復機構によって吐出口外側面を拭き取る（ワイピングする）場合、シャープな形状（図６の４Ａ3部分）になっていれば、吐出口外側面の不要インクをきれいに除去できるのに対し、外側コーナー部分にだれがあればどうしてもその部分に残ったインクが乾燥固化し、析出した顔料がたまりやすいことからも明らかである。そしてこの析出した顔料が目詰まりの原因を作っている。しかしながら、吐出口の量産加工上の面から考えると吐出口の外側コーナー部分を完全なシャープ形状にしようとするとコスト高になり、完全にシャープ形状とすることが得策であるとは限らない。 In this wiping operation, the most serious problem is the outside corner of the discharge port. 4 to 6 are views showing the appearance of the outer corner portion of the discharge port. FIG. 4 shows an outer corner portion (4A 1 ) having an r shape (circular shape), and FIG. 4A 2 ) indicates a c-shape (chamfered shape). Ideally, it is desirable that the outer corner portion (4A 3 ) has a sharp s shape (right-angled shape) as shown in FIG. This is because when the outer surface of the discharge port is wiped (wiped) by the reliability maintenance recovery mechanism, if the shape is sharp (4A 3 part in FIG. 6), the unnecessary ink on the outer surface of the discharge port can be removed cleanly. It is clear from the fact that if there is anybody in the outer corner portion, the ink remaining in the portion is dried and solidified, and the deposited pigment tends to collect. And this deposited pigment makes the cause of clogging. However, from the viewpoint of mass production processing of the discharge port, if it is attempted to make the outer corner portion of the discharge port completely sharp, the cost becomes high, and it is not always a good idea to make it completely sharp.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みなされたものであり、吐出口の外側コーナー部分のだれをどの程度までに抑えれば、顔料析出／目詰まりの誘発を防止できるのかを実験的に明らかにしたものである。具体的には、吐出口の外側コーナー部分のだれの大きさの異なるヘッドを用意し、前述と同様の目詰まり試験を行った。すなわち、前述のＨ２のヘッドをベースに吐出口の外側コーナー部分のだれの大きさを変えたヘッドを用意し、また、インクをＲ５，Ｒ７，Ｒ９およびＲ６，Ｒ８，Ｒ１０を用い、目詰まり試験を行った。吐出口の外側コーナー部分のだれの大きさは、ｃ形状のものとｒ形状のものを用意したが、微小なｒ形状のものは準備できなかったので、ｃ形状で代用した。なお、このようなｃ形状もしくはｒ形状の面取りは、もともと面取りのないシャープな形状のＮｉ製ノズルを準備しておき、化学エッチング，電解エッチングによって、面取り（だれ）を形成した。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is experimentally clarified to what extent the outer corner portion of the discharge port can be suppressed to prevent pigment precipitation / clogging. It is a thing. Specifically, heads with different sizes of the outer corners of the discharge ports were prepared, and the clogging test was performed as described above. That is, a head in which the size of the outside corner portion of the discharge port is changed based on the head of H2 described above is prepared, and the clogging test is performed using R5, R7, R9 and R6, R8, R10 as inks. Went. As for the size of the outside corner portion of the discharge port, c-shaped ones and r-shaped ones were prepared, but minute r-shaped ones could not be prepared. In addition, for such c-shape or r-shape chamfering, a sharp Ni-shaped nozzle originally prepared for chamfering was prepared, and chamfering (sagging) was formed by chemical etching and electrolytic etching.
その他の条件は前述と同様であり、吐出口径はΦ２５μｍであり、その数が１２８個で、その配列密度が４００ｄｐｉのものである。また発熱体の大きさは２２μｍ×９０μｍで、その抵抗値は１１０Ωであり、インク噴射の駆動電圧は２４Ｖ，駆動パルス幅は６.５μｓ，駆動周波数は１２ｋＨｚである。放置の条件も同じであるが、今回はゴムブレードで吐出口面を拭き取った後、放置を行った。結果を表５，表６に示す。ここで○は目詰まりが発生しなかったもの、△は１２８個中１個でも噴射が乱れたもの、×は１２８個中１個でも目詰まりが発生したもの（明らかに目詰まりと判別できるもの）である。 Other conditions are the same as described above, the discharge port diameter is Φ25 μm, the number thereof is 128, and the arrangement density is 400 dpi. The heating element has a size of 22 μm × 90 μm, a resistance value of 110Ω, a driving voltage for ink ejection of 24 V, a driving pulse width of 6.5 μs, and a driving frequency of 12 kHz. The conditions of the leaving were the same, but this time, after wiping off the discharge port surface with a rubber blade, it was left as it was. The results are shown in Tables 5 and 6. Here, ○ indicates that no clogging has occurred, Δ indicates that one of 128 nozzles has a disordered injection, and × indicates that one of 128 nozzles has clogged (clearly distinguishable from clogging) ).
以上の結果より、吐出口より前記微粒子を分散させた記録液体を分散させた記録液体を吐出するヘッドの吐出口の外側部分を拭き取るようにして信頼性を確保しようとする場合、吐出口の外側コーナー部分のだれ（面取り）が、ｃ形状の場合およびｒ形状の場合とも、ｃ５０Ｄｐ以下もしくはｒ５０Ｄｐ以下にすれば、だれ部に顔料がたまらず、目詰まりが発生しないことがわかる。 From the above results, when it is intended to ensure reliability by wiping the outer part of the discharge port of the head that discharges the recording liquid in which the recording liquid in which the fine particles are dispersed is wiped from the discharge port, the outer side of the discharge port. It can be seen that if the corner droop (chamfer) is c50 Dp or less or r50 Dp or less in both the c shape and the r shape, the pigment does not accumulate in the drooped portion and clogging does not occur.
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。前述のように本発明の記録液体中の着色剤は、水などの溶媒に溶解している染料ではなく、顔料である微粒子が分散しているものであるため、液媒体中での安定性が悪く、インク中の顔料の凝集，沈降，分離の発生が生じやすい。とりわけ吐出口の性状によっては、凝集した顔料がたまりやすく目詰まりを加速させる場合がある。具体的には吐出口の表面性状、つまり表面粗さである。特に記録液体が実際に流れるところ、すなわち内壁部の表面粗さである。 Next, still another feature of the present invention will be described. As described above, the colorant in the recording liquid of the present invention is not a dye dissolved in a solvent such as water, but is a dispersion of fine particles, which are pigments. Poor, pigment aggregation in ink tends to occur. In particular, depending on the properties of the discharge port, the aggregated pigment tends to accumulate, and clogging may be accelerated. Specifically, it is the surface property of the discharge port, that is, the surface roughness. In particular, the recording liquid actually flows, that is, the surface roughness of the inner wall portion.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みなされたものであり、吐出口内壁部の表面粗さをどの程度にすれば、顔料析出／目詰まりの誘発を防止できるのかを実験的に明らかにしたものである。具体的には、吐出口の内壁部の表面粗さの異なるヘッドを用意し、前述と同様の目詰まり試験を行った。すなわち前述のＨ２ヘッドをベースに吐出口の内壁部（前述の距離ｔで示した吐出口の奥行き部分）の表面粗さＲを変えたヘッドを用意し、またインクをＲ５，Ｒ９，Ｒ１１を用い、目詰まり試験を行った。なお、ノズルは厚さｔ＝５０μｍのＳＵＳ３０４に放電加工で吐出口径がΦ２５μｍになるように加工したものであり、放電加工の条件を変えて表面粗さＲが０.１ｓ〜５ｓまで異なるものを準備した。また表面粗さＲはＳＥＭ観察により算出したものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and experimentally clarified how much the surface roughness of the inner wall of the discharge port can be prevented from inducing pigment precipitation / clogging. It is. Specifically, heads with different surface roughness of the inner wall portion of the discharge port were prepared, and the clogging test similar to the above was performed. That is, a head is prepared with the surface roughness R of the inner wall portion of the discharge port (the depth portion of the discharge port indicated by the distance t described above) changed based on the H2 head described above, and the inks are R5, R9, and R11. A clogging test was conducted. In addition, the nozzle was processed into SUS304 having a thickness t = 50 μm by electric discharge machining so that the discharge port diameter becomes Φ25 μm, and the surface roughness R was changed from 0.1 s to 5 s by changing the electric discharge machining conditions. Got ready. The surface roughness R is calculated by SEM observation.
その他の条件は前述と同様であり、吐出口数は、１つのヘッドあたり１２８個で、その配列密度が４００ｄｐｉのものである。また発熱体の大きさは２２μｍ×９０μｍで、その抵抗値は１１０Ωであり、インク噴射の駆動電圧は２４Ｖ、駆動パルス幅は６.５μｓ、駆動周波数は１２ｋＨｚである。放置の条件も同じである。結果を表７に示す。ここで○は目詰まりが発生しなかったもの、△は１２８個中１個でも噴射が乱れたもの、×は１２８個中１個でも目詰まりが発生したもの（明らかに目詰まりと判別できるもの）である。 Other conditions are the same as described above, and the number of ejection ports is 128 per head, and the arrangement density is 400 dpi. The size of the heating element is 22 μm × 90 μm, its resistance value is 110Ω, the driving voltage for ink ejection is 24 V, the driving pulse width is 6.5 μs, and the driving frequency is 12 kHz. The conditions for neglect are the same. The results are shown in Table 7. Here, ○ indicates that no clogging has occurred, Δ indicates that one of 128 nozzles has a disordered injection, and × indicates that one of 128 nozzles has clogged (clearly distinguishable from clogging) ).
以上の結果より、液体にその大きさがＤｐ（μｍ）であるような微粒子を分散させた顔料インクを微細な吐出口から吐出させ、被記録体に付着させて記録を行う液体噴射記録装置において、吐出口は奥行き部分の表面粗さがＲ（ｓ）であるような場合、０.０２５＜Ｄｐ／Ｒとなるようにその組み合わせを選べば、目詰まりのない信頼性の高いインク滴噴射が得られることがわかる。 Based on the above results, in a liquid jet recording apparatus that performs recording by ejecting pigment ink in which fine particles having a size of Dp (μm) are dispersed in a liquid from a fine ejection port and adhering to a recording medium. If the surface roughness of the depth of the discharge port is R (s), if the combination is selected so that 0.025 <Dp / R, highly reliable ink droplet ejection without clogging can be achieved. It turns out that it is obtained.
次に本発明のさらに他の特徴について説明する。本発明のようにいわゆる顔料インクを使用する液体噴射記録装置においては、従来の染料インクのものに較べて目詰まりに対して大変厳しい条件となるだけではなく、従来のような染料インクを使用し、吐出口径も大きなものに較べて安定したインク滴噴射が難しいという問題がある。そこで、ここでは本発明のような液体噴射記録装置のヘッドの駆動方法を検討した。 Next, still another feature of the present invention will be described. In the liquid jet recording apparatus using the so-called pigment ink as in the present invention, not only the conditions for clogging are very severe compared to those of the conventional dye ink, but also the conventional dye ink is used. There is a problem in that it is difficult to stably eject ink droplets as compared with a large ejection orifice. Therefore, here, a method of driving the head of the liquid jet recording apparatus as in the present invention was examined.
使用したへッドは表８に示すＨ４〜Ｈ６のヘッドであり、使用インクはＲ５である。また、参考ヘッドに使用したインクは染料インクであり、その組成は、グリセリン…１８.０％、エチルアルコール…４.７％、水…７５.０％、染料（アシッドレッド３５）…２.３％のものである。 The head used was a head of H4 to H6 shown in Table 8, and the ink used was R5. The ink used for the reference head is a dye ink, and its composition is glycerin ... 18.0%, ethyl alcohol ... 4.7%, water ... 75.0%, dye (acid red 35) ... 2.3. %belongs to.
これらのヘッドおよびインクを使用し、ヘッドＨ４〜Ｈ６は、インク噴射の駆動電圧は１８Ｖ〜２４Ｖ、駆動パルス幅は６.５μｓ、駆動周波数は１２ｋＨｚとして、参考ヘッドはインク噴射の駆動電圧は２８Ｖ〜３０Ｖ、駆動パルス幅は７μｓ、駆動周波数は３ｋＨｚとして、安定噴射の条件を調べた。ここでいう安定とは、良好なインク滴が形成され、ゆらぎのない飛翔が行われることをいう。結果を表９に示し、表１０に参考例を示す。 Using these heads and ink, the heads H4 to H6 have an ink ejection drive voltage of 18V to 24V, a drive pulse width of 6.5 μs, a drive frequency of 12 kHz, and the reference head has an ink ejection drive voltage of 28V to The conditions for stable injection were examined with 30 V, a drive pulse width of 7 μs, and a drive frequency of 3 kHz. The term “stable” as used herein means that good ink droplets are formed and flying without fluctuation is performed. The results are shown in Table 9, and Table 10 shows a reference example.
以上の結果より、本発明のように従来にない微細な吐出口をもつインクジェットヘッドで、顔料インクを安定して噴射するためには、その飛翔速度が５ｍ／ｓより上の速度になるように駆動条件を設定してインクに吐出作用力を加える必要があることがわかる。また、従来よりある大きな吐出口径のヘッドで、染料インクを使用するものは、多少飛翔速度が遅くても安定であることがわかる。これは、従来よりある大きな吐出口径のヘッドから吐出されるインク滴は、その質量も大きいため、外乱の影響を受けにくいのに対して、本発明のように、従来にない微細な吐出口径のヘッドから吐出されるインク滴は、その質量が非常に小さくなるため、外乱の影響を受けやすくなるので、ある程度速い速度で噴射を行うようにしないと安定してインク滴噴射ができないためと考えられる。なお、この実験はいわゆるバブルジェットヘッドによって行っているが、ピエゾ方式のヘッドであっても、同様にその飛翔速度が５ｍ／ｓより上の速度になるように駆動条件を設定してインクに吐出作用力を加える必要があることはいうまでもない。 From the above results, in order to stably eject the pigment ink with an ink jet head having a fine discharge port as in the present invention as in the present invention, the flight speed should be higher than 5 m / s. It can be seen that it is necessary to set the driving conditions and apply an ejection force to the ink. Further, it can be seen that a head having a larger discharge port diameter than conventional ones using dye ink is stable even if the flying speed is somewhat slow. This is because ink droplets ejected from a head having a larger ejection orifice than the conventional one have a large mass and are not easily affected by disturbances, whereas the present invention has a fine ejection orifice diameter that is not conventional. Since the ink droplets ejected from the head have a very small mass and are easily affected by disturbances, it is considered that ink droplets cannot be stably ejected unless ejection is performed at a relatively high speed. . Although this experiment was performed using a so-called bubble jet head, even with a piezo type head, similarly, the driving conditions were set so that the flying speed was higher than 5 m / s, and the ink was ejected onto the ink. Needless to say, it is necessary to apply an acting force.
１…蓋基板、２…発熱体基板、３…記録液体流入口、４…吐出口、５…流路溝、６…共通液室、７…個別リード電極、８…共通リード電極、９…発熱体、１０…インク、１０′…インク柱、１１…気泡、１２…液滴。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cover substrate, 2 ... Heat generating body substrate, 3 ... Recording liquid inlet, 4 ... Discharge port, 5 ... Channel groove, 6 ... Common liquid chamber, 7 ... Individual lead electrode, 8 ... Common lead electrode, 9 ... Heat generation Body, 10 ... ink, 10 '... ink column, 11 ... bubble, 12 ... droplet.
Claims (5)
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