JP7463836B2 - インクセット及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態に係るインクセットを説明する。本発明のインクセットは、インクジェット用インク(以下、インクと記載することがある)と、クリーニング液とを備える。インクは、第1水性媒体と、カーボンブラックと、分散樹脂と、アミドアルキルベタイン構造を有する第1両性界面活性剤と、第1糖アルコールとを含有する。カーボンブラックの吸油量は、130mL/100g以上165mL/100g以下である。カーボンブラックの含有量に対する分散樹脂の含有量の比率(以下、比率pと記載することがある)は、12.0質量%以上19.0質量%以下である。インクにおける第1糖アルコールの含有割合は、5.0質量%以上15.0質量%以下である。クリーニング液は、第2水性媒体と、アミドアルキルベタイン構造を有する第2両性界面活性剤と、第2糖アルコールとを含有する。クリーニング液における第2糖アルコールの含有割合は、10.0質量%以上22.0質量%以下である。
インクは、第1水性媒体と、カーボンブラックと、分散樹脂と、アミドアルキルベタイン構造を有する第1両性界面活性剤と、第1糖アルコールとを含有する。インクは、ノニオン界面活性剤及び塩基性化合物のうち少なくとも一方を更に含有することが好ましい。
第1水性媒体は、水を含む媒体である。第1水性媒体は、溶媒として機能してもよく、分散媒として機能してもよい。第1水性媒体としては、例えば、水のみを含む水性媒体、及び水と水溶性有機溶媒とを含む水性媒体が挙げられる。
インクにおいて、カーボンブラックは、黒色顔料として機能する。インクは、カーボンブラックに加え、他の顔料を更に含有してもよい。
分散樹脂は、顔料を第1水性媒体に分散させる分散剤として機能する。分散樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、スチレン-(メタ)アクリル樹脂、ポリビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸ハーフエステル共重合体、ビニルナフタレン-アクリル酸共重合体、及びビニルナフタレン-マレイン酸共重合体が挙げられる。
第1両性界面活性剤は、アミドアルキルベタイン構造を有する。第1両性界面活性剤は、インクジェット記録装置の記録部の撥水膜の摩耗を抑制する。
第1糖アルコールは、インクジェット記録装置のインクノズルの表面を保湿することで、インクの吐出安定性を向上させる。第1糖アルコールは、糖化合物(例えば、アルドース及びケトース)のカルボニル基を還元することで形成される化合物をいう。第1糖アルコールは、多数の水酸基を有するため、優れた保湿性を有する。
塩基性化合物は、インクのpHをアルカリ側に傾ける。上述の通り、第1両性界面活性剤は、アルカリ性環境下で容易にイオン化し、更に優れた潤滑作用を発揮する傾向がある。そのため、インクが塩基性化合物を含有することで、インクジェット記録装置の記録部の撥水膜の摩耗を更に効果的に抑制できる。
ノニオン界面活性剤は、インクに含まれる各成分の相溶性及び分散安定性を向上させる。また、ノニオン界面活性剤は、記録媒体に対するインクの浸透性(濡れ性)を向上させる。
インクは、必要に応じて、公知の添加剤(例えば、溶解安定剤、乾燥防止剤、酸化防止剤、粘度調整剤、pH調整剤、及び防カビ剤)を更に含有してもよい。
インクは、例えば、第1水性媒体と、顔料及び分散樹脂を含有する顔料分散液と、第1両性界面活性剤と、第1糖アルコールと、必要に応じて添加される成分(例えば、ノニオン界面活性剤)とを混合することにより製造できる。顔料分散液は、塩基性化合物を更に含有することが好ましい。顔料分散液は、分散樹脂を含有する水溶液に顔料を添加した後、分散処理を行うことで調製できる。分散処理に用いる装置としては、例えば、ビーズミルが挙げられる。インクの製造では、分散処理後、フィルター(例えば孔径5μm以下のフィルター)により異物及び粗大粒子を除去してもよい。
クリーニング液は、第2水性媒体と、アミドアルキルベタイン構造を有する第2両性界面活性剤と、第2糖アルコールとを含有する。クリーニング液は、塩基性化合物及びノニオン界面活性剤のうち少なくとも一方を更に含有することが好ましい。
第2水性媒体は、水を含む媒体である。第2水性媒体は、溶媒として機能してもよく、分散媒として機能してもよい。第2水性媒体としては、例えば、上述の第1水性媒体で例示した水性媒体と同様の水性媒体が挙げられる。
第2両性界面活性剤は、アミドアルキルベタイン構造を有する。第2両性界面活性剤は、インクジェット記録装置の記録部の撥水膜の摩耗を抑制する。第2両性界面活性剤としては、例えば、上述の第1両性界面活性剤において例示した化合物と同様の化合物が挙げられる。
第2糖アルコールは、クリーニング液が記録部のインク吐出面をクリーニングする際に、記録部のインクノズルの表面に付着して保湿する。これにより、第2糖アルコールは、インクの吐出安定性を向上させる。第2糖アルコールとしては、例えば、上述の第1糖アルコールにおいて例示した化合物と同様の化合物が挙げられる。
塩基性化合物は、クリーニング液のpHをアルカリ側に傾ける。クリーニング液が含有してもよい塩基性化合物としては、例えば、インクにおいて例示した塩基性化合物と同様の化合物が挙げられる。クリーニング液が含有してもよい塩基性化合物としては、水酸化ナトリウムが好ましい。
ノニオン界面活性剤は、クリーニング液に含まれる各成分の相溶性及び分散安定性を向上させる。クリーニング液が含有してもよいノニオン界面活性剤としては、例えば、インクにおいて例示したノニオン界面活性剤と同様の化合物が挙げられる。クリーニング液が含有してもよいノニオン界面活性剤としては、アセチレングリコールのエチレンオキシド付加物が好ましい。
クリーニング液は、必要に応じて、公知の添加剤(例えば、溶解安定剤、乾燥防止剤、酸化防止剤、粘度調整剤、pH調整剤、及び防カビ剤)を更に含有してもよい。
クリーニング液は、例えば、第2水性媒体と、第2両性界面活性剤と、第2糖アルコールと、必要に応じて添加される成分(例えば、塩基性化合物及びノニオン界面活性剤)とを混合することにより製造できる。クリーニング液の製造では、混合後、フィルター(例えば孔径5μm以下のフィルター)により異物及び粗大粒子を除去してもよい。
本発明の第2実施形態に係るインクジェット記録装置は、第1実施形態に係るインクセットを用いる記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置である。記録ヘッドは、記録媒体の画像形成領域にインクを吐出する記録部と、記録部のインク吐出面をクリーニング液でクリーニングするクリーニング部とを有する。インク吐出面は、撥水膜で被覆されている。インクセットについての詳細は、第1実施形態で説明済みであるため省略する。本発明のインクジェット記録装置は、第1実施形態に係るインクセットを用いるため、インクの保存安定性及び吐出安定性に優れ、白抜けの発生とインクジェット記録装置の記録部の撥水膜の摩耗とを抑制でき、かつ画像濃度に優れる画像を形成できる。
以下の方法により、実施例及び比較例のインクセットを準備した。まず、使用した原料について説明する。
P-1:オリオンエンジニアドカーボンズ社製「NIPex(登録商標)180IQ」、吸油量140mL/100g
p-2:オリオンエンジニアドカーボンズ社製「PRINTEX(登録商標)L6」、吸油量126mL/100g
P-3:オリオンエンジニアドカーボンズ社製「Color Black S 170」、吸油量135mL/100g
P-4:オリオンエンジニアドカーボンズ社製「Color Black FW 1」、吸油量150mL/100g
P-5:オリオンエンジニアドカーボンズ社製「Color Black FW 200」、吸油量160mL/100g
S-1:川研ファインケミカル株式会社製「ソフタゾリン(登録商標)CPB」、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン
S-2:花王株式会社製「アンヒトール(登録商標)20AB」、ラウリン酸アミドプロピルベタイン
S-3:川研ファインケミカル株式会社製「ソフタゾリン(登録商標)PKPB」、パーム核脂肪酸アミドプロピルベタイン
s-4:日油株式会社製「ニッサンアノン(登録商標)BF」、ヤシ油アルキルベタイン
(分散樹脂水溶液の調製)
四口フラスコに温度計、還流冷却機、攪拌機付きコンデンサー、及び滴下漏斗をセットし、これを反応容器とした。次に、反応容器に、水500質量部と、過硫酸アンモニウム30質量部とを投入した。次に、反応容器を加熱及び攪拌し、反応容器の内温を75℃以上80℃以下の温度範囲に維持しつつ、スチレン246質量部と、アクリル酸342質量部とを、3時間かけて反応容器に滴下した。次に、反応容器の内温を75℃以上80℃以下の温度範囲に維持し、内容物を6時間反応させた。次に、反応容器を室温まで冷却した後、反応容器に30質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加することで内容物を中和(pH7.8)した。次に、反応容器に蒸留水を加え、内容物の固形分濃度を40質量%に調整した。これにより、分散樹脂(スチレン-アクリル酸共重合体のナトリウム塩)を含有する分散樹脂水溶液を得た。
上述の分散樹脂水溶液8.0質量部(分散樹脂3.2質量部)と、水72.0質量部とを混合した後、顔料(P-1)20.0質量部を更に添加した。得られた混合物を、高速回転ディスパー(T.K.ロボミックス+T.K.ホモディスパー2.5型、プライミクス社製)で5000rpm、1時間攪拌(プレミックス)した。その後、混合物を、ビーズミル(日本コークス工業株式会社製「SCミル」)を用いて分散処理した。分散処理においては、メディアとしてジルコニアビーズ(直径0.2mm)を用いた。また、分散処理においては、ビーズミルのベッセルにおけるメディアの充填率を80体積%とした。次に、分散処理後の混合物に水酸化ナトリウムを添加して、下記表1に示すpHとなるようにpH調整を行った。次に、混入した異物及び粗大粒子を除去するために、孔径φ5μmのフィルターを用いて、pH調整後の混合物を濾過した。これにより、顔料分散液(D-1)を得た。顔料分散液(D-1)において、カーボンブラックの含有量(20.0質量部)に対する分散樹脂の含有量(3.2質量部)の比率pは、16.0質量%であった。
顔料の種類及び添加量と、分散樹脂水溶液の添加量とを下記表1の通りに変更した以外は、顔料分散液(D-1)の調製と同様の方法により、顔料分散液(D-2)~(D-9)を調製した。
イオン交換水8.3質量部と、3-メチル-1,5-ペンタンジオール15.0質量部と、トリエチレングリコールモノブチルエーテル1.0質量部と、2-ピロリドン3.0質量部と、1,3-プロパンジオール13.0質量部と、1,2-オクタンジオール0.3質量部とを混合し、混合溶媒を得た。この混合溶媒を攪拌しながら、顔料分散液(D-1)50.0質量部(分散樹脂1.6質量部及び顔料10.0質量部)と、第1糖アルコールとしてのソルビトール8.0質量部と、第1両性界面活性剤としての両性界面活性剤(S-1)1.0質量部と、ノニオン界面活性剤(日信化学工業株式会社製「オルフィン(登録商標)E1010」、アセチレンジオールのエチレンオキシド付加物)0.4質量部とを添加した。得られた混合物に対して、混入した異物及び粗大粒子を除去するために、孔径φ5μmのフィルターを用いて濾過した。これにより、インク(I-1)を得た。
イオン交換水47.4質量部と、第2糖アルコールとしてのソルビトール15.0質量部と、1,5-ペンタンジオール5.0質量部と、2-ピロリドン7.0質量部と、グリコールエーテル化合物としてのトリエチレングリコールモノブチルエーテル13.0質量部と、塩基性化合物としての水酸化ナトリウム0.1質量部と、ノニオン界面活性剤(日信化学工業株式会社製「オルフィン(登録商標)E1010」、アセチレンジオールのエチレンオキシド付加物)0.5質量部と、第2両性界面活性剤としての両性界面活性剤(S-1)12.0質量部とを混合した。得られた混合物に対して、混入した異物及び粗大粒子を除去するために、孔径φ5μmのフィルターを用いて濾過した。これにより、クリーニング液(C-1)を得た。
インク(I-1)~(I-21)のうち1つと、クリーニング液(C-1)~(C-12)のうち1つとを、下記表6に示す通りに組み合わせた。これにより、実施例1~23のインクセット(IS-1)~(IS-23)と、比較例1~9のインクセット(is-1)~(is-9)とを準備した。
以下の方法により、インクセット(IS-1)~(IS-23)及び(is-1)~(is-9)について、形成される画像の画像濃度と、白抜けの抑制と、インクの保存安定性と、インクの吐出安定性(詳しくは、インク付着及び着弾精度)と、インクジェット記録装置の記録部の撥水膜の摩耗の抑制とを評価した。評価結果を下記表6に示す。各評価は、常温常湿環境下(温度25℃、湿度50%RH環境下)で行った。また、印刷を伴う試験(画像濃度、白抜けの抑制、インクの吐出安定性、及び撥水膜の摩耗の抑制の評価)においては、用紙の長辺が用紙の搬送方向と直角になるように用紙をセットした。また、用紙の搬送速度は350mm/秒であった。
画像濃度の評価においては、記録媒体として、普通紙(富士ゼロックス株式会社製「C2」、A4サイズのPPC用紙)を用いた。評価機を用いて5枚の記録媒体に150mm×200mmのソリッド画像を形成した。ソリッド画像の形成では、インクの吐出量を1画素当たり11pLに設定した。次に、5枚の記録媒体を一昼夜、常温常湿環境下にて保存した。保存後の5枚の記録媒体を画像濃度の評価対象として用いた。次に、反射濃度計(X-Rite社製「RD-19」)を用いて、5枚の評価対象に形成されているソリッド画像の画像濃度を測定した。画像濃度の測定においては、各評価対象について、ソリッド画像内から無作為に選択した10箇所でそれぞれ画像濃度を測定した。5枚の評価対象の合計50箇所で測定された画像濃度の平均値を、画像濃度の評価値(OD)とした。画像濃度は、以下の基準に従って判定した。
A(良好):ODが1.10以上
B(不良):ODが1.10未満
上述の画像濃度の評価において作成した保存後の5枚の記録媒体を白抜けの抑制の評価対象として用いた。5枚の評価対象に形成されているソリッド画像をスキャナーで読み取った。読み取られたソリッド画像に存在する直径150μm以上の白点の個数の平均値を、画像処理ソフト「ImageJ(パブリックドメイン)」を用いてカウントした。白抜けの抑制は、以下の基準に従って判定した。
A(特に良好):白点の個数が10個未満
B(良好):白点の個数が10個以上30個未満
C(不良):白点の個数が30個以上
高温環境にインクを長期間晒した場合におけるインクの粘度の変化幅がインクの保存安定性の指標となる。インクの保存安定性の評価では、まず評価対象となるインク(インクセットの備えるインク)の粘度(初期粘度V1)を測定した。次に、容積50mLの試験容器に上述のインクを約30g投入した。次に、内温60℃に設定された恒温器に試験容器を設置し、1ヶ月間加熱処理した。次に、試験容器を恒温器から取り出した後、インクの温度が室温と同じ温度に低下するまで静置した。次に、試験容器内のインクの粘度(処理後粘度V2)を測定した。初期粘度V1及び処理後粘度V2から下記式により粘度変化率[%]を求めた。得られた粘度変化率[%]をインクの保存安定性の評価値とした。インクの保存安定性は、以下の基準に従って判定した。なお、インクの粘度は、振動式粘度計(ニッテツ北海道制御システム株式会社製「VM-200T」)により測定した。
粘度変化率[%]=100×(V1-V2)/V1
A(特に良好):粘度変化率の絶対値が2%未満
B(良好):粘度変化率の絶対値が2%以上5%以下
C(不良):粘度変化率の絶対値が5%超
インク付着の評価においては、記録媒体として、スーパーファイン紙(インクジェット用マットコート紙、A4サイズ)を用いた。
A(特に良好):インク吐出面に全くインクが付着していない
B(良好):インク吐出面に僅かにインクが付着している
C(不良):インク吐出面に明らかにインクが付着している
着弾精度の評価においては、記録媒体として、セイコーエプソン株式会社製「スーパーファイン紙(インクジェット用マットコート紙)」を用いた。また、着弾精度の評価においては、上述のインク付着の評価を行ってから90分間静置後の評価機(即ち、5000枚の記録媒体への連続印字、及びクリーニング動作後の評価機)を用いた。
A(良好):3σが15未満
B(不良):3σが15以上
評価機の記録部のインク吐出面に形成されている撥水膜のイオン交換水に対する静的接触角(初期接触角θ1)を測定した。初期接触角θ1は、105°であった。次に、評価機の記録部に対して上述のクリーニング動作を35000回行った(パージ動作35000回及びワイプ動作35000回)。この際、3000回目、10000回目、20000回目、及び35000回目のクリーニング動作を行った直後に、上述の撥水膜のイオン交換水に対する静的接触角を測定した。測定された静的接触角が初期接触角θ1よりも10°以上低下していた場合、上述の撥水膜が摩耗したと判断した。撥水膜を摩耗させるのに必要なクリーニング動作の回数を、撥水膜の摩耗の抑制の評価値とした。撥水膜の摩耗の抑制は、以下の基準に従って判定した。以下の基準において、A、B又はCを合格、Dを不合格とした。なお、静的接触角の測定には、接触角測定装置(英弘精機株式会社製「OCA40」)を用いた。
A:20001回以上35000回以下のクリーニング動作で撥水膜が摩耗した
B:10001回以上20000回以下のクリーニング動作で撥水膜が摩耗した
C:3001回以上10000回以下のクリーニング動作で撥水膜が摩耗した
D:1回以上3000回以下のクリーニング動作で撥水膜が摩耗した
2:記録ヘッド
3:ヘッドハウジング
4:搬送ユニット
5:記録部
6:クリーニング部
Claims (8)
- インクジェット用インクと、クリーニング液とを備えるインクセットであって、
前記インクジェット用インクは、第1水性媒体と、カーボンブラックと、分散樹脂と、アミドアルキルベタイン構造を有する第1両性界面活性剤と、第1糖アルコールとを含有し、
前記カーボンブラックの吸油量は、130mL/100g以上165mL/100g以下であり、
前記カーボンブラックの含有量に対する前記分散樹脂の含有量の比率は、12.0質量%以上19.0質量%以下であり、
前記インクジェット用インクにおける第1糖アルコールの含有割合は、5.0質量%以上15.0質量%以下であり、
前記クリーニング液は、第2水性媒体と、アミドアルキルベタイン構造を有する第2両性界面活性剤と、第2糖アルコールとを含有し、
前記クリーニング液における前記第2糖アルコールの含有割合は、10.0質量%以上22.0質量%以下である、インクセット。 - 前記インクジェット用インク及び前記クリーニング液は、それぞれ、塩基性化合物を更に含有し、
前記インクジェット用インクのpH及び前記クリーニング液のpHは、それぞれ、7.5以上10.0以下である、請求項1に記載のインクセット。 - 前記インクジェット用インクにおける前記第1両性界面活性剤の含有割合は、0.7質量%以上2.0質量%以下である、請求項1又は2に記載のインクセット。
- 前記クリーニング液における前記第2両性界面活性剤の含有割合は、8.0質量%以上22.0質量%以下である、請求項1~3の何れか一項に記載のインクセット。
- 前記第1糖アルコール及び前記第2糖アルコールは、それぞれ、ソルビトール又はマルチトールを含む、請求項1~4の何れか一項に記載のインクセット。
- 前記第2水性媒体は、グリコールエーテル化合物を含む、請求項1~6の何れか一項に記載のインクセット。
- 請求項1~7の何れか一項に記載のインクセットを用いる記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置であって、
前記記録ヘッドは、
記録媒体の画像形成領域に前記インクジェット用インクを吐出する記録部と、
前記記録部のインク吐出面を前記クリーニング液でクリーニングするクリーニング部とを有し、
前記インク吐出面は、撥水膜で被覆されている、インクジェット記録装置。
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