JP6617776B2 - インクジェット記録装置、及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
インクジェット記録による写真画質としては、特に高解像度や階調性とともに、粒状感の発生を抑制することが求められており、同一色相で染料濃度が異なる2種類のインクを用いて階調表現を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
更に、特許文献5には、ノズルのインク吐出口の径を12μm以上22μm以下にする発明が開示されている。
なお、ここでいう「粒状感のない」とは、ドットとして視認されないような滑らかな画質であることを意味する。
(1)インク吐出手段を有する。
(2)前記インク吐出手段のインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
本発明のインクジェット記録装置は、次の要件(1)〜(4)を満たす。
(1)インク吐出手段を有する。
(2)前記インク吐出手段のインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
(1)インクを吐出させて画像を記録するインク吐出工程を有する。
(2)前記インク吐出工程で用いるインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
また、特開2004−90233号公報(特許文献5)では、ノズル径を12μm以上22μm以下にする発明が開示されているが、実施例のノズル径は20μmであって本発明とは異なる。また、使用するインクは「実質的に揮発性成分を含まないインク、即ち水又は沸点150℃以下の有機溶剤の含有量が1%未満のインク(特開2004−90233号公報の段落[0056])」であって、本発明で用いる水性染料インクとは異なる。更に、その課題は「ノズル欠によって濃度ムラや文字品質が低下することなく、小液滴量でインクを吐出することにより高画質化を図ること(特開2004−90233号公報の段落[0006])」であって、本発明の粒状感のない記録を行うこととは異なる。
前記インク吐出手段は、インクを吐出させて画像を形成する手段である。
前記インク吐出工程は、インクを吐出させて画像を形成する工程である。
前記インク吐出手段としては、インクジェットヘッドを用いることが好ましい。
前記インクジェットヘッドは、ノズル板を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
前記ノズル板は、ノズル基板と、前記ノズル基板上に前記撥インク層とを有する。
前記ノズル基板は、ノズル孔が設けられており、その形状、大きさ、材質、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ノズル基板は、前記ノズル孔からインクが吐出されるインク吐出側の面と、前記インク吐出側の面とは反対側に位置する液室接合面とを有する。
前記撥インク層は、前記ノズル基板のインク吐出側の面に形成されている。
前記ノズル基板の大きさとしては、特に制限はなく、前記ノズル板の大きさに応じて適宜選択することができる。
前記ノズル孔の配列としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、複数の前記ノズル孔が、前記ノズル基板の長さ方向に沿って等間隔に並んで配列されている態様などが挙げられる。
前記ノズル孔の配列は、吐出するインクの種類に応じて適宜選択することができるが、1列〜複数列が好ましく、1列〜4列がより好ましい。
前記1列当たりの前記ノズル孔の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、10個〜10,000個が好ましく、50個〜500個がより好ましい。
隣接する前記ノズル孔の中心間の最短距離である間隔(ピッチ)Pとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、100dpi〜1,200dpiの範囲が好ましい。
前記ノズル孔の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。これらの中でも、インク液滴を吐出する点から、円形が好ましい。
前記ノズル径は17μm以上19μm以下である。前記ノズル径が17μm以上19μm以下であると、吐出安定性が向上し、本発明の課題である粒状感のない高解像度の記録を行うことができる。
前記ノズル板は、ノズルの径が液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、前記ノズルの断面形状が、曲線状に形成されており、滑らかな曲線状(ラウンド形状)であることが、インクの小滴を安定に吐出できる点から好ましい。
前記撥インク層は、前記ノズル基板におけるインク吐出側の面上に形成されており、その形状、構造、材料、厚みなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記撥インク層の材料は、インクをはじく材料であれば特に限定されないが、例えば、シリコーン系撥水材料やフッ素系撥水材料などが挙げられる。これらの中でも、シリコーン系撥水材料が好ましい。
前記シリコーン系撥水材料としては、例えば、室温硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマー、紫外線硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマーなどが挙げられる。
前記フッ素系撥水材料としては、例えば、加熱硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマーなどが挙げられる。
これらの材料をノズル板のノズル基板表面に塗布し、室温で大気中に放置して、それぞれ重合硬化、紫外線硬化又は加熱硬化させることにより、撥インク層を形成することができる。
前記シリコーン樹脂の粘度は、1,000mPa・s以下が好ましい。
前記シリコーン樹脂は、SiとOからなるシロキサン結合を基本骨格とする樹脂で、オイル、レジン、エラストマー等の種々の形態で市販されており、本発明で重要な撥インク性以外に耐熱性、離型性、消泡性、粘着性等の種々の特性を有する。
前記シリコーン樹脂の市販品としては、例えば、常温硬化型シリコーンレジンSR2411(東レ・ダウコーニング株式会社製)などが挙げられる。
前記シリコーン樹脂及び/又はフッ素樹脂を含む構造体とは、シリコーン樹脂単独、フッ素樹脂単独、又は他の樹脂、あるいは金属等の構成成分との混合により構成されたものであり、例えば、シリコーン樹脂微粒子がフッ素樹脂中に分散されたもの、シリコーン樹脂とポリプロピレンの混練物、シリコーン樹脂やフッ素樹脂とNiの共析めっき等が挙げられる。シリコーン樹脂の溶出を抑えるには、シリコーン樹脂と他の構成成分との混合体がより効果的である。
電着塗装法以外の方法で撥インク層を形成する際には、ノズル孔及びノズル板裏面をフォトレジスト、水溶性樹脂等でマスキングし、撥インク層を形成した後、レジストを剥離除去すれば、ノズル板表面のみに撥インク層を形成することができる。しかし、アルカリ性の強い剥離液を使用すると撥インク層へダメージを与えるので注意が必要である。
前記撥インク層の平均厚みは、0.1μm以上5.0μm以下が好ましく、0.1μm以上1.0μm以下がより好ましい。前記平均厚みが、0.1μm以上であれば、ワイピングに対する耐久性が悪化したり、長期間使用時に撥インク性が低下したりすることはない。また、前記厚みが5.0μmを超えると、必要以上の厚みとなり、製造コストが高くなるだけである。
前記撥インク層の表面粗さ(Ra)は、0.2μm以下が好ましい。前記表面粗さを0.2μm以下にすると、ワイピング時の拭き残しを低減することができる。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、加圧室、刺激発生手段などが挙げられる。
前記加圧室は、前記ノズルプレートに設けられた複数の前記ノズル孔に個別に対応して配置され、前記ノズル孔と連通する複数の個別流路であり、インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室などと称することもある。
前記刺激発生手段は、インクに印加する刺激を発生する手段である。
前記刺激発生手段における刺激としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱(温度)、圧力、振動、光などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、熱、圧力が好適に挙げられる。
前記刺激発生手段としては、例えば、加熱装置、加圧装置、圧電素子、振動発生装置、超音波発振器、ライトなどが挙げられる。前記刺激発生手段としては、具体的には、圧電素子等の圧電アクチュエータ、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどが挙げられる。
前記刺激が「圧力」の場合、例えば、前記インク吐出ヘッド内のインク流路内にある前記圧力室と呼ばれる位置に接着された前記圧電素子に電圧を印加することにより、前記圧電素子が撓む。それにより、前記圧力室の容積が収縮して、前記インク吐出ヘッドの前記ノズル孔から前記インクを液滴として吐出させる方法などが挙げられる。
これらの中でも、ピエゾ素子に電圧を印加してインクを吐出させるピエゾ方式が好ましい。
前記吐出させるインクの液滴の大きさは、写真画質を達成するために1〜7pLが好ましく、粒状感のない画質を達成するためには、可能な限り1pLに近づける必要がある。また、吐出噴射の速さは5〜20m/sが好ましく、吐出噴射の駆動周波数は1kHz以上が好ましく、解像度は300dpi以上が好ましい。
前記その他の手段としては、例えば、加熱手段、制御手段などが挙げられる。
前記その他の工程としては、例えば、加熱工程、制御工程などが挙げられる。
前記制御手段は、前記各手段の動きを制御できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
図1に示すインクジェット記録装置は、装置本体101と、装置本体101に装着した用紙を装填するための給紙トレイ102と装置本体101に装着され画像が記録(形成)された用紙をストックするための排紙トレイ103とを備えている。装置本体101の上カバー111の上面は略平坦な面であり、装置本体101の前カバーの前面112が上面に対して斜め後方に傾斜し、この傾斜した前面112の下方側に、前方(手前側)に突き出した排紙トレイ103及び給紙トレイ102を備えている。更に、前面112の端部側には、前面112から前方側に突き出し、上カバー111よりも低くなった箇所にインクカートリッジ装填部104を有し、インクカートリッジ装填部104の上面に操作キーや表示器などの操作部105を配置している。インクカートリッジ装填部104にはインクカートリッジの脱着を行うための開閉可能な前カバー115を有している。
また、キャリッジ133には、記録ヘッド134に各色のインクを供給するための各色のサブタンク135を搭載している。このサブタンク135に、インク供給チューブ(不図示)を介して、インクカートリッジ装填部104に装填されたインクカートリッジからインクが補充供給される。
そして、この給紙部から給紙された用紙142を記録ヘッド134の下方側で搬送するための搬送部として、用紙142を静電吸着して搬送するための搬送ベルト151と、給紙部からガイド145を介して送られる用紙142を搬送ベルト151との間で挟んで搬送するためのカウンターローラ152と、略鉛直上方に送られる用紙142を略90°方向転換させて搬送ベルト151上に倣わせるための搬送ガイド153と、押さえ部材154で搬送ベルト151側に付勢された先端加圧コロ155とを備えている。また搬送ベルト151表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ156を備えている。
前記インクジェットヘッドは、図示を省略しているインク供給口(図5の表面方向から奥方向(紙の裏面方向)に向かってインクを供給する)と共通液室12となる彫り込みを形成したフレーム10と、流体抵抗部21、加圧液室22となる彫り込みとノズル41に連通する連通口23を形成した流路板20と、ノズル41を形成するノズル板30と、凸部61、ダイヤフラム部62及びインク流入口63を有する振動板60と、振動板60に接着層70を介して接合された積層圧電素子50と、該積層圧電素子50を固定しているベース40を備えている。ベース40はチタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子50を2列配置して接合している。
積層圧電素子50は、厚み10μm〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層51と、厚み数μm/1層の銀・パラジウム(AgPd)からなる内部電極層52とを交互に積層している。内部電極層52は両端で外部電極53に接続する。積層圧電素子50はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に駆動部56と支持部57(非駆動部)として使用する(図5参照)。
駆動部56の個別電極54にはFPC80が半田接合されている。また、共通電極55は積層圧電素子50の端部に電極層を設けて回し込んでFPC80のGnd電極に接合している。FPC80には図示しないドライバICが実装されており、これにより駆動部56への駆動電圧印加を制御している。
振動板60は、薄膜のダイヤフラム部62と、このダイヤフラム部62の中央部に形成した駆動部56となる積層圧電素子50と接合する島状凸部(アイランド部)61と、図示を省略している支持部に接合する梁を含む厚膜部と、インク流入口63となる開口を電鋳工法によるNiメッキ膜を2層重ねて形成している。ダイヤフラム部の厚みは3μm、幅は35μm(片側)である。
この振動板60の島状凸部61と積層圧電素子50の駆動部56、振動板60とフレーム10の結合は、ギャップ材を含んだ接着層70をパターニングして接着している。
ノズル板30は金属材料(例えば、電鋳工法によるNiメッキ膜等)で形成したもので、インク滴を吐出させるための微細な吐出口であるノズル41を多数形成している。ノズル41の内部形状(内側形状)は、ホーン形状、略円柱形状、略円錘台形状などにする。
ノズル41の径はインク滴出口側の直径で17μm以上19μm以下である。この範囲を外れると、吐出安定性が低下し、本発明の課題である粒状感のない高解像度の記録を行うことができなくなる。また、各列のノズルピッチは150dpiとする。
撥インク層71の材料は、インクをはじく材料であれば特に限定されないが、例えば、シリコーン系撥水材料やフッ素系撥水材料が挙げられる。
前記シリコーン系撥水材料の例としては、室温硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマー、紫外線硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマーが挙げられ、前記フッ素系撥水材料の例としては、加熱硬化型の液状シリコーン樹脂又はエラストマーが挙げられる。これらの材料をノズル板の基材表面に塗布し、室温で大気中に放置して、それぞれ重合硬化、紫外線硬化又は加熱硬化させれば、撥インク層71を形成できる。
前記シリコーン樹脂の粘度は1,000mPa・s以下が好ましい。
前記シリコーン樹脂は、SiとOからなるシロキサン結合を基本骨格とする樹脂で、オイル、レジン、エラストマー等の種々の形態で市販されており、本発明で重要な撥インク性以外に耐熱性、離型性、消泡性、粘着性等の種々の特性を有する。
シリコーン樹脂の市販品としては、例えば、常温硬化型シリコーンレジンSR2411(東レ・ダウコーニング株式会社製)が挙げられる。
電着塗装法以外の方法で撥インク層71を形成する際には、ノズル孔及びノズル板裏面をフォトレジスト、水溶性樹脂等でマスキングし、撥インク層を形成した後、レジストを剥離除去すれば、ノズル板表面のみに撥インク層を形成することができる。しかし、アルカリ性の強い剥離液を使用すると撥インク層へダメージを与えるので注意が必要である。
撥インク層71の平均厚みは、0.1μm以上5.0μm以下が好ましく、0.1μm以上1.0μm以下がより好ましい。前記平均厚みが0.1μm以上であれば、ワイピングに対する耐久性が悪化したり、長期間使用時に撥インク性が低下したりすることはない。また、厚みが5.0μmを超えると、必要以上の厚みとなり、製造コストが高くなるだけである。
撥インク層71の表面粗さ(Ra)は、0.2μm以下が好ましい。前記表面粗さを0.2μm以下にすると、ワイピング時の拭き残しを低減することができる。
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室22内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室22内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室12に流入し、共通液室12からインク流入口63を経て流体抵抗部21を通り、加圧液室22内に充填される。
流体抵抗部21は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
このようなノズルについては、例えば、特開2003−80716号公報を参照することができる。
本発明で用いられるインクカートリッジについて、図7及び図8を参照して説明する。図7はインクカートリッジの一例を示す図であり、図8は図7のインクカートリッジ200のケース(外装)も含めた図である。
図7に示すように、インクをインク注入口242からインク袋241内に充填し、排気した後、該インク注入口242を融着により閉じる。使用時にはゴム部材からなるインク排出口243に装置本体の針を刺して装置に供給する。インク袋241は透気性のないアルミニウムラミネートフィルム等の包装部材により形成されている。インク袋241は、図8に示すように、通常、プラスチック製のカートリッジケース244内に収容され、各種インクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いられるようになっている。
インクカートリッジは、インクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いることができるようにする。
本発明で使用するインク(インクジェット記録用インク、水性染料インク)は、水溶性染料を含有し、有機溶剤、及び水を含有することが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
インクの着色剤として水溶性染料を用いると、鮮やかな色相を得ることができ、記録用メディアの光沢性を維持した画像が得られる。ここで、前記「水溶性」とは、水に染料固形分として1質量%以上溶解することを意味する。
また、プロセスカラーであるシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクに耐候性が高い水溶性染料を用いることにより、画像の耐久性を高めることができる。このような高耐候性の水溶性染料としては、例えば、次の文献に記載されたものなどが挙げられる。
・特開2003−192930号公報
・特開2005−008868号公報
・特開2007−224274号公報の段落[0016]〜[0118]、[0132]〜[0231]
・特開2009−062515号公報の段落[0025]〜[0130]、[0152]〜[0182]、[0189]〜[0259]
・特開2012−193332号公報の段落[0289]〜[0305]
・特許第4783581号公報の段落[0076]〜[0087]
・国際公開第2006/075706号パンフレット
・国際公開第2009/060654号パンフレット
・酸性染料及び食用染料としては、例えば、C.I.アシッド・イエロー17、23、42、44、79、142;C.I.アシッド・レッド1、8、13、14、18、26、27、35、37、42、52、82、87、89、92、97、106、111、114、115、134、186、249、254、289;C.I.アシッド・ブルー9、29、45、92、249;C.I.アシッド・ブラック1、2、7、24、26、94;C.I.フード・イエロー3、4;C.I.フード・レッド7、9、14;C.I.フード・ブラック1、2などが挙げられる。
38、41、63、80、95などが挙げられる。
前記中間色相のインクに用いる水溶性染料としては、例えば、C.I.Direct Orange6、8、10、26、29、39、41、49、51、62、102;C.I.Acid Orange7、8、10、33、56、64;C.I.Food Yellow3、4、5などが挙げられる。これらの中でも、色相と発色面から、C.I.Acid Orange33、C.I.Food Yellow5が好ましい。
前記有機溶剤としては、例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類、多価アルコールアリールエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレンなどが挙げられる。
前記有機溶剤としては、温度23℃、相対湿度80%環境下での平衡水分量が30質量%以上の多価アルコール類が好ましい。その具体例としては、1,2,3−ブタントリオール(平衡水分量:38質量%)、1,2,4−ブタントリオール(平衡水分量:41質量%)、グリセリン(平衡水分量:49質量%)、ジグリセリン(平衡水分量:38質量%)、トリエチレングリコール(平衡水分量:39質量%)、テトラエチレングリコール(平衡水分量:37質量%)、ジエチレングリコール(平衡水分量:43質量%)、1,3−ブタンジオール(平衡水分量:35質量%)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水分を含んだ際に低粘度化する点から、グリセリン、1,3−ブタンジオールが好ましい。
前記有機溶剤の含有量は、インク全量に対して、30質量%以上60質量%以下が好ましく、35質量%以上55質量%以下がより好ましい。前記含有量が、30質量%以上であれば、吐出安定性確保やインク吐出装置での廃インク固着防止に優れる。また、前記含有量が、60質量%以下であると、染料の溶解性が良好であり、染料の析出がなく吐出性が良好であり、紙面上での乾燥性に優れ、光沢紙上の色安定が良好である。
23℃、相対湿度80%環境下の平衡水分量が30質量%未満の有機溶剤の含有量は、インク全量に対して、30質量%以下であることが好ましい。
前記多価アルコールアルキルエーテル類としては、例えば、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ブチルエーテル、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、ジ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−2−エチルヘキシルエーテル、プロピ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ジメチルエーテルなどが挙げられる。
前記多価アルコールアリールエーテル類としては、例えば、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテルなどが挙げられる。
前記環状エーテル類としては、例えば、エポキシ類、オキセタン類、テトラヒドロフラン類、テトラヒドロピラン類、クラウンエーテルなどが挙げられる。
前記アミド化合物類としては、例えば、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン、β−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、β−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミドなどが挙げられる。アミド化合物は染料を可溶化する作用を持ち、インク乾燥時の結晶析出を抑制する効果がある。なお、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミドもアミド化合物として存在するが、有害性が高く使用することは好ましくない。
前記含硫黄化合物類としては、例えば、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジグリコールなどが挙げられる。
インクにおける水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上90質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、pH調整剤、防腐防黴剤、キレート試薬、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、水溶性樹脂などが挙げられる。
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、及びアニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
前記界面活性剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
このような界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本エマルジョン株式会社、共栄社化学などから入手できる。
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一般式(S−1)式で表わされる、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルポリシロキサンのSi部側鎖に導入したものなどが挙げられる。
防腐防黴剤としては、特に制限はなく、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オンなどが挙げられる。
防錆剤としては、特に制限はなく、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
pH調整剤としては、pHを7以上に調整することが可能であれば、特に制限はなく、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミンなどが挙げられる。
キレート試薬としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等が挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む)、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、りん系酸化防止剤などが挙げられる。
紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、ニッケル錯塩系紫外線吸収剤などが挙げられる。
インクには水分散性樹脂を添加してもよい。前記水分散性樹脂としては、造膜性(画像形成性)に優れ且つ高撥水性、高耐水性、高耐候性を備えたものが、高耐水性で高画像濃度(高発色性)の画像記録に有用であり、例えば、縮合系合成樹脂、付加系合成樹脂、天然高分子化合物などが挙げられる。
前記水分散性樹脂の粒径は分散液の粘度と関係しており、組成が同じものでは粒径が小さくなるほど同一固形分での粘度が大きくなる。インク化した時に過剰な高粘度にならないためにも水分散性樹脂の体積平均粒子径は50nm以上が望ましい。また、体積平均粒径が数十μmになるとインクジェットヘッドのノズル口より大きくなるため使用できない。ノズル口より小さくても粒子径の大きな粒子がインク中に存在すると吐出性を悪化させるため、体積平均粒子径は500nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましい。
このような水分散性樹脂を用いると、画像の定着性、耐水性、耐ガス性を向上させることができるが、記録用メディアによっては水分散性樹脂が被膜化して光沢性を変化させてしまう。また多量に添加すると、インクジェットヘッドのメニスカスの乾燥時に被膜を形成してしまう。したがって、インクへの添加量は、樹脂固形分で5質量%以下とする。
インクの物性は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、粘度、静的表面張力などが以下の範囲であることが好ましい。
インクの粘度は、25℃で、5mPa・s以上12mPa・s以下であり、6mPa・s以上10mPa・s以下が好ましい。インク粘度が5mPa・s以上であると、吐出時のインクの残留振動が起こりにくく、駆動波形による吐出後の振動抑制を行いやすくなる。その結果、短時間で次の吐出ができるようになり高速印字に適するようになる。一方、インク粘度を12mPa・s以下に抑えると吐出性を安定させやすくなる。インク粘度は使用環境に応じて変化するため、使用想定範囲でインク粘度が上記範囲を満たすことが好ましい。
インクの粘度は、例えば、粘度計(RE−550L、東機産業株式会社製)を使用し、25℃に調温することにより測定することができる。
インクの静的表面張力は、25℃で、30mN/m以上45mN/m以下が好ましい。静的表面張力がこの範囲にあれば、安定した液滴の形成が可能になる。
インクの静的表面張力は、例えば、全自動表面張力計(CBVP−Z、協和界面科学株式会社製)を用いて、25℃で測定することができる。
前記インクは、水溶性染料、有機溶剤、水、及び必要に応じてその他の成分を、水性媒体中に分散又は溶解させ、適宜攪拌混合して製造する。攪拌混合は、例えば、サンドミル、ホモジナイザー、ボールミル、ペイントシャイカー、超音波分散機等により行うことができ、通常の攪拌羽を用いた攪拌機、マグネチックスターラー、高速の分散機等で行うことができる。
本発明が適用可能な記録用メディアとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、普通紙、印刷用塗工紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、OHPシートなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
本発明によれば、光沢紙や、写真用塗工紙などの、光沢系メディアに用いた場合にも、粒状感のない画像を得ることができる。記録用メディアとしては、インク受容層の上に光沢層を有する記録媒体を用いることが好ましく、光沢系メディア、すなわち20゜及び60゜のグロス値が10以上である記録媒体を用いることが好ましい。
前記光沢系メディアとしては、例えば、光沢紙クリスピア(セイコーエプソン株式会社製)20°光沢:51.3、60°光沢:65.0、その他、PM写真用紙(セイコーエプソン株式会社製)、又はスーパーファイン専用光沢フィルム(セイコーエプソン株式会社製)などを挙げることができる。
粒状感は、視覚的にドットを視認できないことに起因する結果と、記録用メディアの表面状態から受ける印象による結果の両方により認識されると考えられる。視覚的にドットを視認できない点については、ドットが小さくなること、つまり、ノズル径を制御することによる滴量や、インク、メディアに起因する滲みの発生有無の結果と考えられる。
一方、記録用メディアの表面状態から受ける印象については、光沢系メディアを用いることにより、ドットの平滑性が得られるだけでなく、形成されるドットの形状が真円に近く、しかも径が小さく締まった形状となるため、一滴あたりのドットが視認されにくくなる。ドットあたりの画像濃度は上がるため識別性は上がるが、ドット径が小さくなるためドットは視認されにくくなり、粒状感のない画像を得ることができる。
(1)インクを吐出させて画像を記録するインク吐出工程を有する。
(2)前記インク吐出工程で用いるインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法によって得られる記録物は、高画質で滲みがなく、光沢性に優れており、各種の印字乃至画像が記録された資料などとして各種用途に好適に使用することができる。
本発明の用語における、画像形成、記録、印字、印刷等は、いずれも同義語とする。インク吐出、インク飛翔は、同義語とする。
−シアン顔料分散液の調製−
下記処方における界面活性剤をイオン交換水に溶解し、顔料を混合して充分に湿潤したところで、湿式分散機(ダイノーミル KDL A型、WAB社製)に直径0.5mmのジルコニアビーズを充填し、2,000rpmで2時間分散を行い、シアン顔料分散液を得た。このシアン顔料分散液中の顔料の累積50%粒子径(D50)を測定したところ、78nmであった。なお、前記累積50%粒子径(D50)の測定には、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)を用いた。
・フタロシアニン顔料(C.I.ピグメントブルー15:3、大日精化工業株式会社製):30.0質量部
・ポリオキシエチレンスチレンフェニルエーテル(ノニオン系界面活性剤、第一工業製薬株式会社製、ノイゲンEA−177、HLB値=15.7):10.0質量部
・イオン交換水:60.0質量部
表1−1及び表1−2の調製例1〜11の各欄に示す材料を用いて、以下の手順で各インクを調製した。表中の数値は質量%である。染料及び顔料についてはインク中の固形分の割合を示しており、それ以外の材料については製品状態を示している。最下段の有機溶剤含有量の欄は、使用した有機溶剤の合計量を示している。
また、ディスパノールTOCとエマルゲンLS−106はノニオン系界面活性剤、Zonyl FSO−100はフッ素系界面活性剤であり、プロキセルLVは防黴剤である。
R型粘度計(RE−550L、東機産業株式会社製)を用いて、25℃でインクの粘度を測定した。
全自動表面張力計(CBVP−Z、協和界面科学株式会社製)を用いて、25℃でインクの静的表面張力を測定した。
調製例1〜11の各インクを、図7〜図8に示すインクカートリッジに充填し、図1〜図2に示す構造のインクジェットプリンタ(株式会社リコー製、IPSiO G707)に対し、表3に示すようにノズル径を変化させて作製したインクジェットヘッドを、表3に示すように組合せてセットし、実施例1〜10及び比較例1〜5の各プリンタを作製した。
インクジェットヘッドは、縦40mm×横23mm、平均厚み640μmのニッケル製のノズル基板に、平均厚み1μmの撥インク層(シリコーン樹脂)が形成されている。
前記ノズル基板には、表3に示すノズル径のノズル孔が192個配列したノズル孔列が2列平行に設けられている。列内のノズル孔は、隣接するノズル孔間のピッチが150dpi相当の距離となるように配置されるとともに、列間ではノズル孔位置が半ピッチ(300dpi)ずれて配置され、2列のノズル孔列によりノズル孔は千鳥配置となっている。
ノズル板としては、図6に示すとおり、液室内のインクをノズル41から吐出させるノズル板におけるノズルの径が、液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、ノズルの断面形状が、滑らかなラウンド形状に形成されているノズル板を用いた。
プリンタの主走査方向の途中でヘッドを固定し、吐出状態を観察できるようにカメラを設置した。この状態で10分間連続吐出を実施し、ヘッドの先端から1mmの距離における着弾位置のずれについて、次の基準で評価した。結果を表4に示す。
[評価基準]
A:初期とのずれがない
B:初期とのずれが15μm以下である
C:初期とのずれが15μmよりも大きい
インクを吐出させずに、プリンタの主走査方向にヘッドを所定回数往復(空スキャン)させた後、前記(1)の場合と同じ状態で光沢紙クリスピア(セイコーエプソン株式会社製)(20°光沢:51.3、60°光沢:65.0)上にインク滴を印字し、正常状態からずれが生じる空スキャン回数を次の基準で評価した。結果を表4に示す。
[評価基準]
A:正常吐出する空スキャン回数が、30回以上である
B:正常吐出する空スキャン回数が、10回以上30回未満である
C:正常吐出する空スキャン回数が、10回未満である
上記実施例及び比較例の各プリンタを用い、インクジェットヘッドの駆動周波数を5kHzとし、小滴の滴量が0.5plから2.0plの間で安定吐出できるように波形をセットして、安定した大滴波形にて1200dpi×1200dpiのベタ画像でスーパーファイン紙(セイコーエプソン株式会社製)上に印字し、付着したインク重量を次の基準で評価した。
結果を表4に示す。
[評価基準]
A:インク付着量が8mg/m2以上
B:インク付着量が6mg/m2以上8mg/m2未満
C:インク付着量が6mg/m2未満
上記実施例及び比較例の各プリンタを用い、インクジェットヘッドの駆動周波数を5kHzとし、小滴の滴量が0.5plから2.0plの間で安定吐出できるように波形をセットして、安定した小滴波形にて1200dpi×1200dpiで記録デューティが5%のベタ画像を光沢紙クリスピア(セイコーエプソン株式会社製)上に印字し、得られた画像を眼前10cm、室内光下、目視で確認して、次の基準で評価した。結果を表4に示す。
[評価基準]
A:画像に粒子が見られず、ざらつきが認められず、粒状感がなかった
B:画像に粒子が見られず、ややざらつきが感じられた
C:画像に粒子が見られ、ざらつきが認められ、粒状感があった
一方、比較例1〜5は、吐出安定性が実用に耐えないレベルであり、特に比較例5は、満足に吐出できず、「C」よりも更に悪かったため、表4には記載しなかった。
<1> 次の要件(1)〜(4)を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置である。
(1)インク吐出手段を有する。
(2)前記インク吐出手段のインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
<2> 前記撥インク層が、シリコーン系撥水材料を有する前記<1>に記載のインクジェット記録装置である。
<3> 前記ノズル板は、ノズルの径が液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、前記ノズルの断面形状が、曲線状に形成されている前記<1>から<2>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<4> 前記インクの25℃における静的表面張力が30mN/m以上45mN/m以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<5> 前記インクが有機溶剤を含有し、前記インク中の前記有機溶剤の含有量が、インク全量の30質量%以上60質量%以下である前記<1>から<4>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<6> 前記有機溶剤が、温度23℃、相対湿度80%環境下での平衡水分量が30質量%以上の多価アルコールである前記<5>に記載のインクジェット記録装置である。
<7> 前記インクとして、ブラック、シアン、マゼンタ、及びイエローの4色のインクを用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<8> 次の要件(1)〜(4)を満たすことを特徴とするインクジェット記録方法である。
(1)インクを吐出させて画像を記録するインク吐出工程を有する。
(2)前記インク吐出工程で用いるインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有する。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。
<9> 前記撥インク層が、シリコーン系撥水材料を有する前記<8>に記載のインクジェット記録方法である。
<10> 前記ノズル板は、ノズルの径が液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、前記ノズルの断面形状が、曲線状に形成されている前記<8>から<9>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<11> 前記インクの25℃における静的表面張力が30mN/m以上45mN/m以下である前記<8>から<10>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<12> 前記インクが有機溶剤を含有し、前記インク中の前記有機溶剤の含有量が、インク全量の30質量%以上60質量%以下である前記<8>から<11>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<13> 前記有機溶剤が、温度23℃、相対湿度80%環境下での平衡水分量が30質量%以上の多価アルコールである前記<12>に記載のインクジェット記録方法である。
<14> 前記インクが、ブラック、シアン、マゼンタ、及びイエローの4色のインクで構成される前記<8>から<13>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
31 撥インク層
32 ノズル板
33 インク
41 ノズル
71 撥インク層
134 記録ヘッド
Claims (14)
- 次の要件(1)〜(4)を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置。
(1)インク吐出手段を有する。
(2)前記インク吐出手段のインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有し、
前記ノズル板は、ノズルの径が液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、前記ノズルの断面形状が、曲線状に形成されている。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。 - 前記撥インク層が、シリコーン系撥水材料を有する請求項1に記載のインクジェット記録装置。
- 水溶性染料の含有量が、インク全量に対して、1質量%以上10質量%以下である請求項1から2のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 前記インクの25℃における静的表面張力が30mN/m以上45mN/m以下である請求項1から3のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 前記インクが有機溶剤を含有し、前記インク中の前記有機溶剤の含有量が、インク全量の30質量%以上60質量%以下である請求項1から4のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 前記有機溶剤が、温度23℃、相対湿度80%環境下での平衡水分量が30質量%以上の多価アルコールである請求項5に記載のインクジェット記録装置。
- 前記インクとして、ブラック、シアン、マゼンタ、及びイエローの4色のインクを用いる請求項1から6のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 次の要件(1)〜(4)を満たすことを特徴とするインクジェット記録方法。
(1)インクを吐出させて画像を記録するインク吐出工程を有する。
(2)前記インク吐出工程で用いるインクジェットヘッドのノズル径が17μm以上19μm以下である。
(3)前記インクジェットヘッドのノズル板表面に撥インク層を有し、
前記ノズル板は、ノズルの径が液室内のインクが流入するインク流入側から当該流入したインクを吐出させるインク吐出側へと小さくなると共に、前記ノズルの断面形状が、曲線状に形成されている。
(4)前記インクとして、水溶性染料を含有し、25℃における粘度が5mPa・s以上12mPa・s以下の水性染料インクを用いる。 - 前記撥インク層が、シリコーン系撥水材料を有する請求項8に記載のインクジェット記録方法。
- 水溶性染料の含有量が、インク全量に対して、1質量%以上10質量%以下である請求項8から9のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- 前記インクの25℃における静的表面張力が30mN/m以上45mN/m以下である請求項8から10のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- 前記インクが有機溶剤を含有し、前記インク中の前記有機溶剤の含有量が、インク全量の30質量%以上60質量%以下である請求項8から11のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- 前記有機溶剤が、温度23℃、相対湿度80%環境下での平衡水分量が30質量%以上の多価アルコールである請求項12に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インクが、ブラック、シアン、マゼンタ、及びイエローの4色のインクで構成される請求項8から13のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
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