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JP2013199034A - インクジェット記録装置、記録物 - Google Patents

インクジェット記録装置、記録物 Download PDF

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JP2013199034A JP2012068218A JP2012068218A JP2013199034A JP 2013199034 A JP2013199034 A JP 2013199034A JP 2012068218 A JP2012068218 A JP 2012068218A JP 2012068218 A JP2012068218 A JP 2012068218A JP 2013199034 A JP2013199034 A JP 2013199034A
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pigment
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JP2012068218A
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マキ 伊藤
Kinya Ozawa
欣也 小澤
Shinichi Itaya
慎一 板屋
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Seiko Epson Corp
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

【課題】吐出安定性に優れたインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る記録装置は、ヘッドを備え、ヘッドには、インクの流入するマニホールドと、マニホールドから分岐し第1方向に沿って配列した複数のインク流路と、が形成され、インク流路には、マニホールドから流入したインクを吐出するノズル開口部が形成されており、インク流路の第1方向と鉛直方向とを含む断面において、ノズル開口部を含む断面を除く、最大の面積をC1とし、最小の面積をC2とした場合に、C1がC2の1倍超3.5倍以下であり、インク流路の第1方向と鉛直方向とを含む断面の第1方向に平行な線分のうち、最長の線分の長さが30μm以上80μm以下であり、インクは、5nm以上50nm以下の平均厚みを有し、かつ、0.5μm以上2.1μm以下の円相当径の50%平均粒子径を有する鱗片状顔料を含有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、インクジェット記録装置、およびこれを用いて得られる記録物に関する。
従来から、インクジェット記録ヘッドのノズルから吐出させた微小なインクの液滴によって画像や文字を記録する、いわゆるインクジェット記録装置が知られている。このようなインクジェット記録装置を用いて所望の画像を得るために、近年、その用途に応じて様々な成分が添加された多様な種類のインクジェット記録用インクが用いられている。
例えば、特許文献1には、金属光沢性に優れた画像を得るために、特定のパラメーターを満たすアルミニウム顔料を含むインクジェット記録用インクが記載されている。
特開2008−174712号公報
上記のようなインクジェット記録用インクに含まれる顔料のなかでも、鱗片状の顔料は、特殊な形状を備えている。そのため、鱗片状の顔料を含有するインクをインク流路に流通させた場合、鱗片状の顔料がインク流路において不規則な挙動を示すことによって、インクの流通を妨げることがある。そうすると、インクの流速が著しく低下し、インクの吐出安定性を低下させるという不具合が生じる場合がある。つまり、従来用いられていた体積平均粒子径が100μm程度である略球状の有機顔料を含むインクは吐出可能であるが、粒子径が大きな鱗片状の顔料を含むインクは吐出出来ないという問題が生じる場合があった。
特に上記の不具合は、ピエゾ方式を採用し、高密度で配列されたノズルを備えるインクジェット記録ヘッド(例えば、ノズル解像度300dpi以上のインクジェット記録ヘッド)を用いると顕著になる場合がある。すなわち、ピエゾ方式を採用した高密度ヘッドは、その構造上の制約から小型化された圧電素子を採用しているため、インクの吐出力が弱まることが多い。そうすると、インクの流速の低下と、インクの吐出力の弱さとの相乗作用により、インクをノズルから吐出することが困難になる場合があった。
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、吐出安定性に優れたインクジェット記録装置、およびこれを用いて得られる記録物を提供することにある。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
[適用例1]
本発明に係る記録装置の一態様は、
インクジェット記録ヘッドを備える記録装置であって、
前記インクジェット記録ヘッドには、インクの流入するマニホールドと、該マニホールドから分岐し第1方向に沿って配列した複数のインク流路と、が形成され、
前記インク流路には、前記マニホールドから流入した前記インクを吐出するノズル開口部が形成されており、
前記インク流路の前記第1方向と鉛直方向とを含む断面において、前記ノズル開口部を含む断面を除く、最大の面積をC1とし、最小の面積をC2とした場合に、前記C1が前記C2の1倍を超えて3.5倍以下であり、
前記インク流路の前記第1方向と鉛直方向とを含む断面の、前記第1方向に平行な線分のうち、最長の線分の長さが30μm以上80μm以下であり、
前記インクは、鱗片状顔料を含有し、
前記鱗片状顔料は、5nm以上50nm以下の平均厚みを有し、かつ、0.5μm以上2.1μm以下の円相当径の50%平均粒子径を有する。
適用例1の記録装置によれば、上記の特定の50%平均粒子径および平均厚みを有する鱗片状顔料を含有するインクを、良好に吐出することができる。
[適用例2]
適用例1において、
前記複数のインク流路には、それぞれ、前記マニホールドと連通するインク供給路と、該インク供給路と連通する圧力発生室と、が形成されており、
前記圧力発生室に対応する前記インク供給路は、1つであることができる。
[適用例3]
適用例1または適用例2において、
前記鱗片状顔料の円相当径の最大粒子径が3μm以下であることができる。
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか1例において、
前記インクの吐出方向に直交する前記ノズル開口部の断面の円相当径をD1とし、
前記鱗片状顔料の円相当径の50%平均粒子径をD2とした場合に、
D2がD1の0.1倍以下であることができる。
[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれか1例において、
前記ノズル開口部から吐出される前記インクの液滴の吐出速度が、6m/秒以上であることができる。
[適用例6]
適用例1ないし適用例5のいずれか1例において、
前記インクジェット記録ヘッドの縦解像度および横解像度は、それぞれ、300dpi以上であることができる。
[適用例7]
適用例1ないし適用例6のいずれか1例において、
前記インクジェット記録ヘッドには、振動板および圧電素子を備える圧電アクチュエーターが形成されていることができる。
[適用例8]
適用例7において、
前記圧電素子は、たわみ振動型の変形をすることができる。
[適用例9]
本発明に係る記録物の一態様は、
適用例1ないし適用例8のいずれか1例に記載の記録装置を用いて得られる。
本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの部分平面図(a)および部分断面図(b)。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける流路形成基板の部分斜視図。
以下に本発明の好適な実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
以下、記録装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
1.記録装置
1.1.装置構成
本発明の一実施形態に係る記録装置としては、例えば、図1に示すようなインクジェットプリンター(以下、単に「プリンター」ともいう。)が挙げられる。なお、本発明に係る記録装置は、以下の態様に限定されるものではない。
図1は、本実施形態に係る記録装置(プリンター1)の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、プリンター1は、インクジェット記録ヘッド2(以下、単に「ヘッド2」ともいう。)を搭載すると共にインクカートリッジ3を着脱可能に装着するキャリッジ4と、ヘッド2の下方に配設され記録媒体6が搬送されるプラテン5と、キャリッジ4を記録媒体6の媒体幅方向(主走査方向S)に移動させるキャリッジ移動機構7と、記録媒体6を媒体送り方向に搬送する媒体送り機構8と、を有するものである。加えて、プリンター1は、当該プリンター1全体の動作を制御する制御部CONTを有している。
インクカートリッジ3は、独立した複数のカートリッジからなり、カートリッジ毎にインクが充填されている。
本実施形態に係るプリンター1としては、インクカートリッジ3をキャリッジ4に搭載した、いわゆるオンキャリッジタイプのプリンターを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、インクが充填された容器(例えば、インクパック、インクカートリッジ等)をプリンター1の筐体等に装着して、インク供給チューブを介してヘッド2に供給する、いわゆるオフキャリッジタイプのプリンターであってもよい。
図2は、ヘッド2の概略構成を示す分解斜視図であり、図3(a)はヘッド2の部分平面図、図3(b)は(a)のb−b’断面図である。また、図4は、流路形成基板10の部分斜視図である。
図2の例では、ヘッド2は、流路形成基板10と、ノズルプレート20と、圧電アクチュエーター200と、保護基板30と、を有している。
流路形成基板10は、インクが流通する流路を形成する。流路形成基板10は、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなる。
(流路形成基板)
流路形成基板10は、ヘッド2が組み立てられることによって、圧力発生室12、連通室13およびインク供給路14となる空間を備えている。圧力発生室12、連通室13、インク供給路14となる空間は、例えば、流路形成基板10を公知のエッチング手段でエッチングして貫通させることにより得られる。なお、請求項におけるインク流路は、図2〜図4の例では、圧力発生室12、インク供給路14、およびノズル開口部21(後述)に相当する。
圧力発生室12は、第1方向に沿って複数配列しており、隔壁11によって区画されている。また、圧力発生室12は、図4に示すようにインク供給口12aを備える。図2〜図4の例では、圧力発生室12は、第1方向と直交する方向(図2における第2方向)に延びる直方体形状であるが、これに限定されず、例えば平行六面体や台形柱であってもよい。圧力発生室12は、後述する圧電アクチュエーター200のたわみ変形によって、その容積が変化する。
インク供給路14は、第1方向に沿って複数配列しており、隔壁11によって区画されている。インク供給路14の一方側は、インク供給12aを介して圧力発生室12と連通しており、インク供給路14の他方側は、連通室13と連通している。
図2および図4に示すように、一つの圧力発生室12には、一つのインク供給路14が対応していることが好ましい。言い換えると、圧力発生室12に設けられたインク供給口12aは、ヘッド2(ノズル開口部21)の高密度化の観点から1つであることが好ましい。なお、インク供給路が1つであれば、吐出安定性の課題は生じやすいが、本願発明を適用することによって、当該課題を良好に解決することができる。
また、図2および図4の例では、インク供給口12a(インク供給路14)は、圧力発生室12における第1方向と鉛直方向を含む断面のうち、第1方向の一方側に偏って設けられているが、この配置に限定されるものではない。例えば、インク供給口12a(インク流路14)は、圧力発生室12における第1方向と鉛直方向を含む断面のうち、第1方向における中央に設けられていてもよい。
連通室13は、圧力発生室12の外側の領域であって、第1方向に沿って設けられている。連通室13は、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して、圧力発生室12と連通している。すなわち、連通室13に流入したインクは、インク供給路14毎に分岐して、インク供給路14を経由して、インク供給口12aから圧力発生室12に流入する。
また、連通室13は、保護基板30と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド120を形成する。
なお、図1に示すように、流路形成基板10の圧力発生室12、インク供給路14、連通室13の表面には、インクによる腐食を低減するために、保護膜100が設けられていてもよい。保護膜100の材質としては、例えば、窒化シリコン等の窒化膜、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の酸化膜等が挙げられる。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インク流路の第1方向と鉛直方向を含む断面の、前記第1方向に平行な線分のうち、最長の線分の長さが30μm以上80μm以下であり、好ましくは30μm以上70μm以下であり、より好ましくは40μm以上60μm以下である。具体的には、図4に示す通り、本実施形態に係るヘッド2では、圧力発生室12の第1方向と鉛直方向を含む断面において、第1方向に平行な線分c1の長さが30μm以上80μm以下であり、好ましくは30μm以上70μm以下であり、より好ましくは40μm以上60μm以下である。当該線分の長さが80μm以下であることで、圧力発生室12に対応するノズル開口部21が高密度で配列されるので、高解像度の画像を記録することができる一方で、従来のヘッドよりも吐出が難しくなるので、本願発明を適用することが好ましい。当該線分の長さが30μm未満となると、十分な吐出液適量を確保できず良好なメタリック画像が得られない場合がある。なお、先行技術として開示した特開2008−174712号公報に記載のインクジェットヘッドは、インク流路の第1方向と鉛直方向を含む断面の、前記第1方向に平行な線分のうち、最長の線分の長さは100μm以上である。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インク流路の第1方向と鉛直方向を含む断面において、ノズル開口部を含む断面を除く、最大の面積をC1とし、最小の面積をC2とした場合に、前記C1が前記C2の1倍を超えて3.5倍以下であり、好ましくは1.5倍以上3倍以下であり、より好ましくは2倍以上2.5倍以下である。具体的には、本実施形態に係るヘッド2では、圧力発生室12の第1方向と鉛直方向を含む断面の面積をC1、インク供給口12a(あるいは、インク供給路14)の第1方向と鉛直方向を含む断面の面積をC2とした場合に、C1/C2が1倍超3.5倍以下であり、好ましくは1.5倍以上3倍以下であり、より好ましくは2倍以上2.5倍以下である。当該断面積の関係が上記範囲内にあることで、後述する特定の平均厚みおよび50%平均粒子径を有する鱗片状顔料を含有するインクを用いた場合に、インクの吐出速度を十分に確保できるので、吐出安定性が良好になる。
一方、上記断面積の関係が3.5倍を超えると、インク供給口12aから圧力発生室12に流入したインクの流速が急激に低下するため、インクの吐出速度が低下する。この理由の詳細は明らかになっていないが、インクの流れが乱流となり圧力損失が増大することで、インクの流速が急激に低下するものと考えられる。また、上記断面積の関係が1倍以下であると、インク供給口12aから圧力発生室12に流入したインクがインク供給路14に逆流するという不具合が生じる場合がある。
(ノズルプレート)
ノズルプレート20は、流路形成基板10の一方の面に、接着剤や熱溶着フィルム等からなる接着層110(図3(b)参照)によって固着されている。
ノズルプレート20には、第1方向に沿ってノズル開口部21が複数穿設されている。ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板またはステンレス鋼などからなる。これらの中でも、ノズル開口部を高密度化できるという点から、ノズルプレートがシリコン単結晶基板からなることが好ましい。
ノズル開口部21は、圧力発生室12毎に対応して連通して設けられている。ノズル開口部21は、第1方向に沿って、1インチ(縦および横)あたり300個以上設けられていることが好ましく(つまり、縦および横のノズル解像度が、それぞれ、300dpi以上であること)、より好ましくは1インチあたり360個以上である。ノズル解像度(縦および横)が300dpi以上であることで、高画質の画像が得られる。一方、高密度化したインクジェット記録ヘッドの場合、吐出安定性の課題が生じやすいが、本願発明を適用することによって吐出安定性を良好にすることができる。
ノズル開口部21の形状としては、特に限定されないが、例えばインクの吐出方向に延びる柱体(例えば、円柱、円錐台、多角柱、楕円柱等)や、体積の異なる柱体を組み合わせた形状等が挙げられる。これらの中でも、円柱、円錐台、およびこれらを組み合わせた形状であることが好ましい。
また、インクの吐出方向に直交するノズル開口部21の断面の円相当径をD1とし、後述する鱗片状顔料の50%平均粒子径をD2とした場合に、D2がD1の0.1倍以下であることが好ましく、0.05倍以下であることがより好ましい。上記関係が0.1倍以下であることで、インクの吐出安定性が一層向上する場合がある。
本発明において、インクの吐出方向に直交するノズル開口部の断面の円相当径とは、当該断面の面積を有する円とした場合における、当該円の直径のことをいう。また、上記D1は、インクの吐出方向に直交するノズル開口部21の断面の円相当径のうち、最小のものを指す。
また、インクの吐出方向に直交するノズル開口部21の断面の円相当径D1は、5μm以上40μm以下であることが好ましく、15μm以上25μm以下であることがより好ましい。D1が上記範囲内にあると、後述する特定の平均厚みおよび50%平均粒子径を有する鱗片状顔料を含有するインクの吐出安定性を一層向上できる場合がある。
インクの吐出方向に直交するノズル開口部の断面の形状は、例えば、円形、楕円形、多角形等のいずれでもよいが、インクの詰まり等を抑制する観点から、円形または楕円形であることが好ましい。なお、図2および図4の例では、インクの吐出方向に直交するノズル開口部の断面の形状が円形である。
圧力発生室12に供給されたインクは、ノズル開口部21から吐出される。このとき、ノズル開口部21から吐出されるインクの液滴の吐出速度は、6m/秒以上であることが好ましく、8m/秒以上であることがより好ましく、10m/秒以上であることが特に好ましい。インクの液滴の吐出速度が6m/秒以上であることで、後述する特定の平均厚みおよび50%平均粒子径を有する鱗片状顔料を含有するインクの吐出安定性を一層向上できる場合がある。
また、鱗片状顔料を含むインクと、それ以外の顔料を含むインクとがある場合、それ以外の顔料を含むインクが吐出される圧力発生室12の変形量よりも、鱗片状顔料を含むインクが吐出される圧力発生室12の変形量を大きくして記録すると、両者の吐出安定性が向上するので好ましい。圧力発生室の変形量は、例えば、圧電素子の駆動電圧を変化させることで調整できる。
液滴の吐出速度は、例えば、インクジェット液滴自動計測装置(商品名「JetMeasure」、株式会社マイクロジェット製)を用いて測定できる。なお、ノズルから一滴ずつ吐出させたはずの液滴が、ノズルから離れるときや飛翔中に、複数に分かれる場合がある。このような場合には、複数に分かれた液滴のうち、最も量(pl)の多い液滴を基準とする。また、液滴の飛翔時とは、ノズルから吐出させた液滴が記録媒体に付着(接触)するまでのことをいう。
(圧電アクチュエーター)
圧電アクチュエーター200は、流路形成基板10の他方の面(つまり、ノズルプレートが設けられた面とは反対側の面)に設けられている。圧電アクチュエーター200は、振動板53と駆動手段である圧電素子300とを備えている。
振動板53は、弾性膜50(例えば、厚み約1.0μmであり、窒化シリコン等からなる)と、弾性膜50上に形成された絶縁体膜55(例えば、厚み約0.35μmであり、酸化ジルコニウムからなる)と、を備えている。
圧電素子300は、振動板53を介して圧力発生室12と対向する領域に形成されている。具体的には、圧電体能動部(上電極80および下電極60への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分)が、圧力発生室12毎に設けられていればよい。
絶縁体膜55上には、下電極60(例えば、厚み約0.1〜0.2μm)と、圧電体層70(例えば、厚み約0.2〜5μm)と、上電極80(例えば、厚み約0.05μm)と、を有する圧電素子300が形成されている。
下電極60には、白金、イリジウム、およびこれらの合金等の材料を用いることができる。上電極80には、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の金属およびこれらの合金や、導電性酸化物等の材料を用いることができる。圧電体層70には、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いることができる。
なお、一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。実施形態では、下電極60を圧電素子300の共通電極とし、上電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
また、圧電アクチュエーター200は、リード電極90を備えている。各圧電素子300の上電極80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
(保護基板)
保護基板30は、圧電素子300を保護するための圧電素子保持部31を有しており、圧電素子300に対向する領域に接着剤等により接合されている。
圧電素子保持部31は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保できればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
保護基板30には、連通室13に対向する領域にリザーバー部32が設けられており、このリザーバー部32は、流路形成基板10の連通室13と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド120を構成している。
さらに、保護基板30の圧電素子保持部31とマニホールド120との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極60の一部およびリード電極90の先端部が露出され、これら下電極60およびリード電極90には、図示しない駆動ICから延設される接続配線の一端が接続される。
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料、シリコン単結晶基板等を用いるのが好ましい。
保護基板30上には、封止膜41および固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム(例えば、厚み6μm)からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。
また、固定板42は、金属等の硬質の材料、例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等で形成される。この固定板42のマニホールド120に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド120の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
(インクの吐出機構)
ヘッド2では、インク供給手段からインクを取り込み、マニホールド120からノズル開口部21に至るまでをインクで満たした後、駆動ICからの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極60と上電極80との間に電圧が印加される。電圧の印加によって、弾性膜50および圧電体層70がたわみ変形(たわみ振動)し、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口部21からインク滴が吐出する。このようにして、記録媒体上にインク滴が付着して、画像の記録された記録物が得られる。
1.2.インク
次に、本実施形態に係る記録装置に使用するインクについて詳細に説明する。
1.2.1.鱗片状顔料
本実施形態に係る記録装置に使用するインクは、鱗片状顔料を含有する。本発明において「鱗片状顔料」とは、鱗片状顔料の平面上の長径をX、短径をY、厚みをZとした場合、略平坦な面(X−Y平面)を有し、かつ、厚み(Z)が略均一である粒子からなる顔料をいう。鱗片状とは、例えば、鱗状、リーフ状、平板状等の形状を包含する概念である。
本実施形態に係る鱗片状顔料は、該鱗片状顔料の略平坦な面(X−Y平面)の面積より求めた円相当径の50%平均粒子径D2(以下、単に「D2」ともいう。)が、0.5μm以上2.1μm以下であり、5nm以上50nm以下の平均厚み(Z)を有する。鱗片状顔料のD2および平均厚みが上記範囲内にあることで、上述した記録装置に適用した際の吐出安定性が優れたものとなる。一方、D2が2.1μmを超えると、上述した記録装置のインク流路においてインクの流速が低下して、インクの吐出ができなくなる場合がある。なお、鱗片状顔料として後述する光輝性顔料を用いた場合には、0.5μm未満になると、十分な光沢性(光輝性)を得られない場合がある。
本実施形態に係る鱗片状顔料の好ましい態様としては、D2が0.5μm以上1.5μm以下である。D2が上記範囲内にあることで、上述した記録装置に適用した際の吐出安定性がより一層良好となる。
鱗片状顔料の略平坦な面(X−Y平面)の面積より求めた円相当径の最大粒子径は、3μm以下であることが好ましい。鱗片状顔料の最大粒子径を3μm以下にすることで、記録装置のノズル開口部や、インク流路に鱗片状顔料が目詰まりすることを効果的に抑制できる。
鱗片状顔料の平面上の長径X、短径Y、円相当径は、粒子像分析装置を用いて測定することができる。粒子像分析装置としては、例えば、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100、FPIA−3000、FPIA−3000S(以上、シスメックス株式会社製)等が挙げられる。なお、円相当径の平均粒子径と最大粒子径は、個数基準の粒子径である。
平板状粒子の粒度分布(CV値)は、下記式(1)より求めることができる。
CV値=粒度分布の標準偏差/粒子径の平均値×100 ・・・(1)
ここで、得られるCV値は、好ましくは60以下であり、より好ましくは50以下であり、特に好ましくは40以下である。CV値が60以下の鱗片状顔料を選択することで、記録安定性に優れるという効果が得られる。
また、本実施形態に係る鱗片状顔料の好ましい態様としては、平均厚み(Z)が10nm以上30nm以下であることが好ましく、10nm以上25nm以下であることがより好ましい。平均厚み(Z)が上記範囲内にあることで、上述した記録装置に適用した際の吐出安定性がより一層良好となる。厚み(Z)は、例えば、透過型電子顕微鏡、あるいは走査型電子顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には、透過型電子顕微鏡(TEM、JEOL JEM-2000EX)、電界放射走査型電子顕微鏡(FE−SEM、Hitachi S-4700)、走査透過電子顕微鏡(STEM、日立ハイテクノロジー株式会社製「HD−2000」)などが挙げられる。なお、厚み(Z)とは、平均厚みを意味し、前記測定を10回行った平均値とする。
鱗片状顔料としては、上記の平均粒子径および平均厚みを満たすのであれば特に限定されず、例えば光輝性顔料、公知の有機顔料、無機顔料等を用いることができる。これらの中でも、鱗片状の形態に加工しやすいという点から、光輝性顔料を用いることが好ましい。
光輝性顔料としては、例えば、媒体に付着されたときに光輝性を呈しうるものであれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、インジウム、チタン、および銅からなる群より選択される1種または2種以上の合金(金属顔料ともいう)や、パール光沢を有するパール顔料を挙げることができる。パール顔料の代表例としては、二酸化チタン被覆雲母、魚鱗箔、酸塩化ビスマス等の真珠光沢や干渉光沢を有する顔料が挙げられる。また、光輝性顔料は、水との反応を抑制するための表面処理が施されていてもよい。インクに光輝性顔料を含有させることで、優れた光輝性を有する画像を形成することができる。これらの光輝性顔料の中でも、鱗片状の形態により加工しやすいという点から、金属顔料を用いることがより好ましい。
本明細書において、光輝性とは、例えば、得られる画像の鏡面光沢度(日本工業規格(JIS)Z8741を参照。)によって特徴付けられる性質のことを指す。例えば、光輝性の種類としては、光を鏡面反射するような光輝性や、いわゆるマット調の光輝性などがあり、それぞれ、例えば鏡面光沢度の高低によって特徴付けることができる。
鱗片状顔料の含有量は、インクの全質量に対して、0.5質量%以上30質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが特に好ましい。鱗片状顔料の含有量が上記範囲内にあると、ノズルの吐出安定性、インクの保存安定性等を優れたものとすることができる。
鱗片状顔料の製造方法としては、特に限定されず、公知の製造方法をいずれも用いることができる。以下、鱗片状顔料として、アルミニウム顔料を用いた製造方法の一例を示す。
まず、シート状基材面に剥離用樹脂層とアルミニウムまたはアルミニウム合金層(以下、単に「アルミニウム層」という。)とが、順次積層された構造からなる複合化顔料原体を用意する。アルミニウム層を積層させる手段としては、真空蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリング法を適用することができる。
次に、有機溶媒中に複合化顔料原体を加えて、シート基材面と剥離用樹脂層との界面を境界として、複合化顔料原体から剥離し、それを粉砕または微細化処理することにより、粗大粒子を含むアルミニウム顔料分散液が得られる。このようにして得られたアルミニウム顔料分散液をろ過し粗大粒子を除去することで、鱗片状のアルミニウム顔料を含有するアルミニウム顔料分散液を得ることができる。
シート状基材からの剥離処理法としては、特に制限されないが、複合化顔料原体を液体中に浸漬することによりなされる方法や、液体中に浸漬すると同時に超音波処理を行い剥離処理と剥離した複合化顔料の粉砕処理を行う方法が挙げられる。
1.2.2.その他の成分
本実施形態に係るインクは、さらに、有機溶媒、樹脂、多価アルコール類、界面活性剤、水等を含有することができる。本実施形態に係るインクは、主となる溶媒(インクの全質量に対して、例えば、50質量%以上含まれる溶媒)が、水であってもよいし、有機溶剤であってもよい。
(有機溶剤)
有機溶剤としては、グリコールエーテル類、一価アルコール類、ラクトン類等が挙げられる。有機溶媒は、インクの溶媒として用いることができる。
グリコ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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、1−メチル−1−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル等が挙げられる。
一価アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、n−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、iso−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、n−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−ペンタノール等の水可溶性のものが挙げられる。
ラクトン類としは、γ−ブチロラクトン、σ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等が挙げられる。
(樹脂)
樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、フルオレン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ロジン変性樹脂、テルペン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル系樹脂、繊維系樹脂(例えば、セルロースアセテートブチレート、ヒドロキシプロピルセルロース)等の公知の樹脂や、ポリオレフィンワックス等が挙げられる。これらの樹脂は、1種単独または2種以上組み合わせて用いることができる。これらの樹脂は、インクの記録媒体に対する定着性や耐擦性を向上させたり、インクにおける鱗片状顔料の分散性を向上させたりすることができる。
(多価アルコール類)
多価アルコール類としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。これらの多価アルコールの機能の一つとしては、インクをインクジェット記録装置のノズルから吐出させる際に、ノズルの目詰まりを低減させることが挙げられる。
(界面活性剤)
界面活性剤は、インクの表面張力および、インクと接触するノズル等のプリンター部材との界面張力を適正に保つことができる。これにより、インクの吐出安定性を高めることができる。また、記録媒体上で均一に濡れ拡げる効果を有する。
このような効果を有する界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤であることが好ましい。ノニオン系界面活性剤の中でも、シリコーン系界面活性剤およびアセチレングリコール系界面活性剤の少なくとも一方を用いることがより好ましい。
シリコーン系界面活性剤としては、ポリシロキサン系化合物等が好ましく用いられ、ポリエーテル変性オルガノシロキサン等が挙げられる。より詳しくは、BYK−306、BYK−307、BYK−333、BYK−341、BYK−345、BYK−346、BYK−348、BYK−UV3500、BYK−UV3570、BYK−UV3510、BYK−UV3530(以上商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製)、KF−351A、KF−352A、KF−353、KF−354L、KF−355A、KF−615A、KF−945、KF−640、KF−642、KF−643、KF−6020、X−22−4515、KF−6011、KF−6012、KF−6015、KF−6017(以上商品名、信越化学株式会社製)等が挙げられる。
アセチレングリコール系界面活性剤として、たとえばサーフィノール104、104E、104H、104A、104BC、104DPM、104PA、104PG−50、104S、420、440、465、485、SE、SE−F、504、61、DF37、CT111、CT121、CT131、CT136、TG、GA、DF110D(以上全て商品名、Air Products and Chemicals. Inc.社製)、オルフィンB、Y、P、A、STG、SPC、E1004、E1010、PD−001、PD−002W、PD−003、PD−004、EXP.4001、EXP.4036、EXP.4051、AF−103、AF−104、AK−02、SK−14、AE−3(以上全て商品名、日信化学工業株式会社製)、アセチレノールE00、E00P、E40、E100(以上全て商品名、川研ファインケミカル株式会社製)等が挙げられる。
なお、上記以外の界面活性剤として、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤等をさらに添加してもよい。
(水)
本願発明に係るインクは水系インクであっても、非水系インクであってもよい。水系インクの場合は、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水または超純水を用いることが好ましい。特に、これらの水を、紫外線照射または過酸化水素添加等により滅菌処理した水は、長期間に亘ってカビやバクテリアの発生が防止されるので好ましい。
(その他)
本実施形態に係るインクは、さらに、pH調整剤、防腐剤・防かび剤、防錆剤、キレート化剤等を含有することができる。インクは、これらの化合物を含有していると、その特性がさらに向上する場合がある。
pH調整剤としては、例えば、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。
防腐剤・防かび剤としては、例えば、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、1,2−ジベンジソチアゾリン−3−オン等が挙げられる。市販品では、プロキセルXL2、プロキセルGXL(以上商品名、アビシア社製)や、デニサイドCSA、NS−500W(以上商品名、ナガセケムテックス株式会社製)等が挙げられる。
防錆剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
キレート化剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸およびそれらの塩類(エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム塩等)等が挙げられる。
1.2.3.物性
本実施形態に係る記録装置に用いるインクは、記録品質とインクジェット用インクとしての信頼性とのバランスの観点から、20℃における表面張力が20mN/m以上50mN/mであることが好ましく、25mN/m以上40mN/m以下であることがより好ましい。なお、表面張力の測定は、自動表面張力計CBVP−Z(協和界面科学社製)を用いて、20℃の環境下で白金プレートをインクで濡らしたときの表面張力を確認することにより測定することができる。
また、同様の観点から、本実施形態に係る記録装置に用いるインクの20℃における粘度は、2mPa・s以上15mPa・s以下であることが好ましく、2mPa・s以上10mPa・s以下であることがより好ましく、2mPa・s以上4.5mPa・s以下であることが特に好ましい。特に2mPa・s以上4.5mPa・s以下の範囲にあれば、本願発明のような高密度のヘッドでも、適切な流速、吐出速度を確保しやすくなり、特定の鱗片状顔料を含むインクを良好に吐出できる。なお、粘度の測定は、粘弾性試験機MCR−300(Pysica社製)を用いて、20℃の環境下で、Shear Rateを10〜1000に上げていき、Shear Rate200時の粘度を読み取ることにより測定することができる。
2.実施例
以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
2.1.インクの調製
2.1.1.鱗片状顔料分散液の調製
膜厚100μmのPETフィルム上に、セルロースアセテートブチレート(ブチル化率35〜39%、関東化学社製)3.0重量%及びジエチレングリコールジエチルエーテル(日本乳化剤社製)97重量%からなる樹脂層塗工液をバーコート法によって均一に塗布し、60℃、10分間乾燥する事で、PETフィルム上に樹脂層薄膜を形成した。
次に、真空蒸着装置(真空デバイス社製VE−1010型真空蒸着装置)を用いて、上記の樹脂層上に平均膜厚20nmのアルミニウム蒸着層を形成した。
次に、上記方法にて形成した積層体を、ジエチレングリコールジエチルエーテル中、VS−150超音波分散機(アズワン社製)を用いて剥離・微細化・分散処理を同時に行い、鱗片状顔料分散液を作成した。なお、積算の超音波分散処理時間を12時間とした。
得られた鱗片状顔料分散液を、開き目5μmのSUSメッシュフィルターにてろ過処理を行い、粗大粒子を除去した。次いで、ろ液を丸底フラスコに入れ、ロータリーエバポレターを用いてジエチレングリコールジエチルエーテルを留去した。これにより、鱗片状顔料分散液を濃縮して濃度調整を行い、5質量%濃度の鱗片状顔料分散液Aを得た。
また、超音波分散時間を変化させた以外は、鱗片状顔料分散液Aと同様にして、鱗片状顔料分散液B〜Dを得た。
そして、フロー式粒子像分析装置(シスメックス社製FPIA−3000S)を用いて、各鱗片状顔料分散液に含まれるアルミニウム顔料の長径(X方向)−短径(Y方向)平面の円相当径の50%平均粒子径D2を測定した。また、走査透過電子顕微鏡(STEM、日立ハイテクノロジー株式会社製「HD−2000」)を用いて、平均厚みZを測定した。これらの測定結果を表1に示す。なお、各鱗片状顔料分散液に含まれるアルミニウム顔料は、いずれも、円相当径の最大粒子径が3μm以下であった。
Figure 2013199034
2.1.2.インクの調合
表2に示す組成にて、各成分を混合・攪拌してインクを調合した。このようにして、インク1〜4を得た。
なお、表2中、略称および商品名で記載した成分は、次の通りである。
・DEGDEE(ジエチレングリコールジエチルエーテル、日本乳化剤株式会社製)
・TetEGDME(テトラエチレングリコールジメチルエーテル、日本乳化剤株式会社製)
・γブチロラクトン(γ−ブチロラクトン、関東化学株式会社製)
・セルロースアセテートブチレート(商品名、Acros Organins製、セルロース系樹脂)
・BYK−UV3500(商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製、シリコーン系界面活性剤)
Figure 2013199034
2.2.記録装置
以下の評価試験には、インクジェットプリンターPX−H8000(セイコーエプソン株式会社製)を改造して、表3に示すインクジェット記録ヘッドa1〜a3、b1を搭載したプリンターA1〜A3、B1を用いた。なお、プリンターB1は、参考評価のために使用した。
表3中、ノズル開口部の「直径」とは、インクの吐出方向に直交する断面(円)の直径のことをいう。
また、圧力発生室およびインク供給路は、いずれも、第1方向に沿って複数配列されており、図2の第2方向に延びている。表3中、圧力発生室およびインク供給路の「幅」とは、図2の第1方向における長さを示す。また、圧力発生室およびインク供給路の「奥行き」とは、図2の第2方向における長さを示す。また、圧力発生室およびインク供給路の「高さ」とは、図2の第3方向における長さを示す。なお、第1方向、第2方向、第3方向は、互いに直交する。
また、インク供給路は、圧力発生室におけるインク供給口に接続されており、インク供給路の第1方向と鉛直方向(第3方向)を含む断面の面積と、インク供給口の第1方向と鉛直方向(第3方向)を含む断面の面積とは、同一であった。
Figure 2013199034
2.3.評価試験
上記各プリンターA1〜A3、B1のインクカートリッジに、インク1〜4を充填して、以下の評価試験を行った。
2.3.1.記録の可否(吐出安定性)
プリンターのノズルからインクの液滴を吐出させて、記録媒体SV−G−1270G(商品名、ローランド ディー.ジー株式会社製、光沢塩ビ系フィルム)に、ベタパターン画像の記録を行った。なお、印刷条件は、Duty100%、印刷解像度1440×1440dpiである。
本明細書において、「Duty値」とは、下式で算出される値である。
Duty(%)=実吐出ドット数/(縦解像度×横解像度)×100
(式中、「実吐出ドット数」は単位面積当たりの実吐出ドット数であり、「縦解像度」および「横解像度」はそれぞれ単位面積当たりの解像度である。)
このときのノズル抜けおよび画像の記録状態を基に、記録の可否を評価した。評価基準は以下の通りである。
◎:ノズル抜け等がなく、優れた画像を記録できる
○:ノズル抜け等がほとんどなく、良好な画像を記録できる
△:ノズル抜けが多発するが、画像が記録できる
×:インクを吐出できず、画像を記録できない
2.3.2.金属光沢性の評価
プリンターのノズルからインクの液滴を吐出させて、記録媒体SV−G−1270G(商品名、ローランド ディー. ジー株式会社製)にベタパターン画像の記録を行った。なお、印刷条件は、Duty100%、印刷解像度1440×1440dpiである。
得られた光輝性画像の20°鏡面光沢度および60°鏡面光沢度を、光沢度計(日本電色工業株式会社製、商品名「GlossMeter型番VGP5000」)を用い、JIS Z8741:1997にしたがって測定した。得られた値を基に、画像の金属光沢性の評価を行った。
評価基準は、次の通りである。
良好:20°鏡面光沢度が200以上、かつ、60°鏡面光沢度が300以上
不良:20°鏡面光沢度が200未満、および/または、60°鏡面光沢度が300未満
2.3.3.総合評価
以上の試験結果を基に、インクジェット方式の記録装置として使用できるかの判定を行った。
評価基準は次の通りである。
A:インクジェット方式の記録装置として、問題なく使用できる
B:インクジェット方式の記録装置として、かろうじて使用できる
C:インクジェット方式の記録装置として、使用不可能である
2.3.4.評価結果
以上の評価結果を表4に示す。
Figure 2013199034
実施例1〜実施例5で用いたプリンターA1およびA2は、いずれも、圧力発生室の断面積(C1)が、インク供給口の断面積(C2)の1倍を超えて3.5倍以下である。当該プリンターを使用すると、10nm以上30nm以下の平均厚みを有し、かつ、0.5μm以上2.1μm以下の50%平均粒子径の鱗片状顔料を含むインクを吐出できることが示された。
一方、比較例1および比較例2で用いたプリンターA1およびA2は、圧力発生室の断面積(C1)が、インク供給口の断面積(C2)の1倍を超えて3.5倍以下である。しかしながら、当該プリンターを用いても、2.1μmを超える50%平均粒子径の鱗片状顔料を含むインクは、吐出できないことが示された。
また、比較例3〜比較例6で用いたプリンターA3は、圧力発生室の断面積(C1)が、インク供給口の断面積(C2)の3.5倍を超えるものである。そのため、10nm以上30nm以下の平均厚みを有し、かつ、0.5μm以上2.1μm以下の50%平均粒子径の鱗片状顔料を含むインクを吐出できないことが示された。
以上のように、高密度のノズルを備えたプリンターを用いた場合に、鱗片状顔料を含有するインクを吐出するためには、インク流路における所定箇所の断面積の関係(上述したC1およびC2の関係)、および使用するインクに含まれる鱗片状顔料の平均粒子径および平均厚みが、所定の範囲を満たす必要があることが示された。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…プリンター、2…ヘッド、3…インクカートリッジ、4…キャリッジ、5…プラテン、6…記録媒体、7…キャリッジ移動機構、8…媒体送り機構、10…流路形成基板、11…隔壁、12…圧力発生室、12a…インク供給口、13…連通室、14…インク供給路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口部、30…保護基板、31…圧電素子保持部、32…リザーバー部、33…貫通孔、40…コンプライアンス基板、41…封止基板、42…固定板、43…開口部、50…弾性膜、53…振動板、55…絶縁体膜、60…下電極、70…圧電体層、80…上電極、90…リード電極、100…保護膜、110…接着層、120…マニホールド、200…圧電アクチュエーター、300…圧電素子

Claims (9)

  1. インクジェット記録ヘッドを備える記録装置であって、
    前記インクジェット記録ヘッドには、インクの流入するマニホールドと、該マニホールドから分岐し第1方向に沿って配列した複数のインク流路と、が形成され、
    前記インク流路には、前記マニホールドから流入した前記インクを吐出するノズル開口部が形成されており、
    前記インク流路の前記第1方向と鉛直方向とを含む断面において、前記ノズル開口部を含む断面を除く、最大の面積をC1とし、最小の面積をC2とした場合に、前記C1が前記C2の1倍を超えて3.5倍以下であり、
    前記インク流路の前記第1方向と鉛直方向とを含む断面の、前記第1方向に平行な線分のうち、最長の線分の長さが30μm以上80μm以下であり、
    前記インクは、鱗片状顔料を含有し、
    前記鱗片状顔料は、5nm以上50nm以下の平均厚みを有し、かつ、0.5μm以上2.1μm以下の円相当径の50%平均粒子径を有する、記録装置。
  2. 請求項1において、
    前記複数のインク流路には、それぞれ、前記マニホールドと連通するインク供給路と、該インク供給路と連通する圧力発生室と、が形成されており、
    前記圧力発生室に対応する前記インク供給路は、1つである、記録装置。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記鱗片状顔料の円相当径の最大粒子径が3μm以下である、記録装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
    前記インクの吐出方向に直交する前記ノズル開口部の断面の円相当径をD1とし、
    前記鱗片状顔料の円相当径の50%平均粒子径をD2とした場合に、
    D2がD1の0.1倍以下である、記録装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
    前記ノズル開口部から吐出される前記インクの液滴の吐出速度が、6m/秒以上である、記録装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、
    前記インクジェット記録ヘッドの縦解像度および横解像度は、それぞれ、300dpi以上である、記録装置。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、
    前記インクジェット記録ヘッドには、振動板および圧電素子を備える圧電アクチュエーターが形成されている、記録装置。
  8. 請求項7において、
    前記圧電素子は、たわみ振動型の変形をする、記録装置。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の記録装置を用いて得られる、記録物。
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