JP2022040643A - インクジェット記録装置及びメンテナンス方法 - Google Patents
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Abstract
Description
インク組成物を吐出するノズルと、前記ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記ノズルから前記インク組成物を排出させるクリーニング動作を行うクリーニング機構と、
前記ノズル形成面をセルロースを含む吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構と、を備え、
前記インク組成物が、顔料と架橋性成分と界面活性剤と水とを含有し、
前記インク組成物の前記ノズル形成面に対する接触角が50°以上であり、
前記クリーニング機構が、前記記録ヘッドの内部に圧力を加えクリーニングを行う加圧クリーニングである。
上記態様のインクジェット記録装置におけるメンテナンス方法であって、
前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、前記ノズルから前記インク組成物を排出させる前記加圧クリーニングを行うクリーニングステップと、
前記ノズル形成面をセルロースを含む前記吸収部材により払拭する払拭クリーニングステップと、を含む。
本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置は、インク組成物を吐出するノズルと、前記ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、前記ノズルから前記インク組成物を排出させるクリーニング動作を行うクリーニング機構と、前記ノズル形成面をセルロースを含む吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構と、を備え、前記インク組成物が、顔料と架橋性成分と界面活性剤と水とを含有し、前記インク組成物の前記ノズル形成面に対する接触角が50°以上であり、前記クリーニング機構が、前記記録ヘッドの内部に圧力を加えクリーニングを行う加圧クリーニングである。
図1は、本実施形態に係るインクジェット記録装置を模式的に示す図である。図1に示すように、インクジェット記録装置1は、インク組成物を吐出するための記録ヘッド6と、メンテナンスユニット55と、図示しない加圧クリーニングと、を有する。すなわち、図1に示すインクジェット記録装置1は、公知のインクジェットプリンターの構成にメンテナンスユニット55と加圧クリーニングとを組み込んだものである。
図2は、記録ヘッド6及び記録ヘッド6へインク組成物(後述)を供給するインク供給部61の構成例を模式的に示す図である。図2に示すように、記録ヘッド6は、インク組成物を吐出するノズル601と、該ノズルの吐出口606(図示せず)を有するノズル形成面600と、を有する。
図3は、記録ヘッド6を記録媒体P側から見たときのノズル形成面600を模式的に示す概略図である。図3に示すように、ノズル形成面600には、インク組成物を吐出するノズルの吐出口606が複数設けられている。吐出口606は、所定方向に複数配列されることでノズル列604を構成する。図3に示すように、ノズル形成面600には、ノズル列604が複数設けられていてもよい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置は、ノズル601からインク組成物を排出させるクリーニング動作を行うクリーニング機構として、記録ヘッド6の内部に圧力を加えクリーニングを行う加圧クリーニングを備える。加圧クリーニングは、インク組成物を吐出する記録ヘッド6にインク組成物を供給するタンク62内を加圧することで、インク組成物をノズル601から連続的に排出させるクリーニング方法である。これに対して、いわゆるフラッシング(空噴射)によるインク組成物の排出は、記録とは関係のない駆動信号を記録ヘッド6内のピエゾ素子に印加することで、ピエゾ素子が変形してキャビティ603を加圧し、インク組成物をノズル601から断続的に排出させる方法である。したがって、加圧クリーニングによれば、加圧力を一定に保ち、インク組成物を連続的かつ多量に排出させるクリーニングが可能となる。
本実施形態に係るインクジェット記録装置は、ノズル形成面600をセルロースを含む吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構を備える。払拭クリーニング機構は、吸収部材701及び記録ヘッド6のうち少なくとも一方を、他方に対して相対的に移動させ、吸収部材701によってノズル形成面600に付着したインク液滴を除去するものである。すなわち、加圧クリーニングや記録動作によって、ノズルの吐出口606から吐出されてノズル形成面600に付着したインク組成物を、吸収部材701により拭き取るものである。これにより、ノズル形成面600に残留するインク組成物の量を減らせるので、インク組成物に含有される架橋性成分がノズル形成面600に対して引き起こす化学的ダメージを低減させることができる。したがって、払拭クリーニングを行うことで、ノズル形成面600の撥液性能耐久性をより向上させ、吐出安定性をより良好なものとすることができる。
本実施形態に係るインクジェット記録装置には、含浸液が用いられてもよい。含浸液は、少なくとも後述する払拭クリーニングステップを実施する際に、ノズル形成面及び/又は吸収部材に供給される。具体的には、含浸液は、払拭クリーニングステップを実施する際に公知の噴霧装置などを用いてノズル形成面及び/又は吸収部材に供給され付着するものであってもよいし、払拭クリーニングステップを実施する際に予め吸収部材に保持させておくことでノズル形成面に付着するものであってもよい。吸収部材に含浸液が含まれることで、顔料が吸収部材の表面から内部へ移動しやすくなる。これにより、ノズル形成面に対する物理的ダメージをより低減させることができ、撥液性能耐久性および吐出安定性をより向上させることができる傾向にある。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、顔料と架橋性成分と界面活性剤と水とを含有する。以下、本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物に含有される各成分について説明する。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、顔料を含有する。この顔料としては、水性顔料インクに通常用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、架橋性成分を含有する。本発明において「架橋性成分」とは、水酸基等の反応基と反応して、架橋構造を形成可能な化合物のことをいう。架橋性成分をインク組成物に含有させることで、当該架橋性成分と記録媒体や樹脂粒子(後述)が有する水酸基等の反応基とが反応し、記録物の摩擦堅牢性をより向上させることが可能となる。このような架橋性成分としては、特に制限されないが、架橋性基を有するウレタン系樹脂や架橋剤などが挙げられる。以下、架橋性基を有するウレタン系樹脂及び架橋剤について説明をする。
インク組成物に含有される架橋性成分は、例えば、架橋性基を有するウレタン系樹脂であってもよい。この場合の「架橋性基」とは、反応により架橋構造を形成可能な基をいい、ウレタン樹脂の末端基は架橋性基に含まれない。インク組成物は架橋性基を有するウレタン系樹脂を含有する場合には、記録媒体の水酸基等の反応基と架橋構造を形成し、インク組成物の記録媒体に対する定着性が向上し、摩擦堅牢性により優れたものとすることができる。架橋性基としては、記録媒体が有する水酸基等の活性水素を含有する活性水素含有基と反応し、結合を形成可能な基であれば特に限定されない。架橋性基の具体例としては、イソシアネート基、及びシラノール基が挙げられる。架橋性基であるイソシアネート基は、例えば、キャッピング又はブロッキング等により化学的に保護された形態を有するブロックドイソシアネート基であってもよい。ブロックドイソシアネート基は、加熱により脱保護されて活性化し、活性化したイソシアネートは、記録媒体の水酸基等の活性水素含有基と反応して、ウレタン結合、尿素結合、アロファネート結合等の結合を形成する。
インク組成物に含有される架橋性成分は、例えば、架橋剤であってもよい。架橋剤は架橋反応開始温度以上の温度で加熱することで、インク組成物に後述の樹脂粒子を含有する場合、樹脂粒子が有する水酸基等の反応基と反応して強固な被膜を形成するため、記録物の摩擦堅牢性をより向上させることができる。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、界面活性剤を含有する。界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、フッ素系界面活性剤およびシリコーン系界面活性剤が挙げられる。また、ノズル形成面600に対するインク組成物の接触角を一定の範囲内へと調整することが容易になる観点から、界面活性剤は、アセチレングリコール系界面活性剤であることが好ましい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、水を主溶媒として含有する。水としては、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水又は超純水を用いることが好ましい。特に紫外線照射又は過酸化水素添加等により滅菌処理した水を用いることが、カビやバクテリアの発生を防止してインク組成物の長期保存を可能にする点で好ましい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、上記の成分以外の成分を含有していてもよい。そのような成分の例を以下に示す。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、記録物の摩擦堅牢性をさらに優れたものとする目的で、樹脂粒子を含有することが好ましい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、記録ヘッドのノズル近傍での目詰まりを防止する目的で、湿潤効果のある有機溶剤を含有することが好ましい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、顔料を分散させるための分散剤を含有することが好ましい。該インク組成物は顔料を含有するが、それらが分散媒体中で安定的に分散保持できるようにすることが好ましい。その方法の一つとして、水溶性樹脂及び/又は水分散性樹脂等の分散剤にて分散させる方法、顔料粒子表面に親水性官能基を化学的・物理的に導入し、前記の分散剤なしで水中に分散及び/又は溶解可能とする方法等が挙げられる。これらの中でも、分散剤を用いて分散させる方法がインク組成物中での顔料の分散安定性、インクジェット法に適用する場合におけるヘッドノズル孔からの吐出安定性、得られる画像の密着性・耐擦性等の耐久性等において優れているため好ましい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、無機アルカリ化合物(無機塩基化合物)を含有することが好ましい。無機アルカリ化合物は、インク組成物のpHを高める性質を有している。また、無機アルカリ化合物は、架橋性成分の分散安定性を高める機能、及び/又は、架橋性成分の再分散性を向上させる機能を少なくとも有している。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、上記の成分以外に、ワックス、防腐剤・防かび剤、防錆剤、キレート化剤、粘度調整剤、酸化防止剤、尿素類、アミン類、糖類等を含有してもよい。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物は、各成分を、任意な順序で混合し、必要に応じて濾過等をして不純物を除去することにより得られる。各成分の混合方法としては、メカニカルスターラー、マグネチックスターラー等の撹拌装置を備えた容器に順次材料を添加して撹拌混合する方法が好適に用いられる。
本実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインク組成物の、上述したノズル形成面に対する接触角は、50°以上であり、55°以上であることが好ましく、58°以上であることがさらに好ましく、60°以上であることが特に好ましい。インク組成物とノズル形成面との接触角が前記範囲内にあると、払拭クリーニング機構を行った際にノズル形成面にインク組成物の液滴が残留しにくくなる。そのため、インク液滴中の架橋性成分がノズル形成面と反応することによる、ノズル形成面への化学的ダメージを低減させることができ、撥液性能耐久性および吐出安定性をより向上させることが可能となる。なお、本発明において「接触角」とは、静的接触角のことを指す。また、本発明における接触角は、基板ガラスをノズル形成面に変更し、純水をインク組成物に変更する以外は、JIS R 3257(基板ガラス表面のぬれ性試験方法)の静滴法に準じて測定される。具体的には、自動接触角測定装置OCAH200(製品名、Data Physics社製)等を用いて、セシルドロップ法(静滴法)により行うことができる。
本発明の一実施形態に係るメンテナンス方法は、上述のインクジェット記録装置におけるメンテナンス方法であって、前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、前記ノズルから前記インク組成物を排出させる前記加圧クリーニングを行うクリーニングステップと、前記ノズル形成面をセルロースを含む前記吸収部材により払拭する払拭クリーニングステップと、を含む。これにより、摩擦堅牢性を有するような顔料インクを用いた場合であっても、撥液性能耐久性および吐出安定性を確保したノズル形成面へのクリーニングが可能となる。
本実施形態に係るメンテナンス方法における加圧クリーニングを行うクリーニングステップについての一例について、図2および図4を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係るメンテナンス方法における払拭クリーニングステップでは、セルロースを含む吸収部材701により、記録ヘッド6のノズル形成面600を払拭するものである。
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。以下「%」は、特に記載のない限り、質量基準である。
下表1および下表2に示す含有量で各成分を混合し、室温にて2時間攪拌した後、孔径5μmのメンブランフィルターを用いて濾過することで、各インク組成物を得た。なお、下表1および下表2中に示すインク組成の含有量の単位は質量%であり、イオン交換水は組成物の全質量が100質量%となるように添加した。なお、下表1および下表2中、顔料の含有量と樹脂の含有量とは、固形分換算量を表す。
<顔料>
・Carbon Black:商品名「MA 100」、三菱化学社製
<樹脂>
・UW-1501F:宇部興産社製商品名「ETERNACOLL UW-1501F」、架橋性ウレタン樹脂、Tg=-20℃
・タケラックW-6061:三井化学ポリウレタン社製商品名、非架橋性ウレタン樹脂、Tg=25℃
・モビニール6960:日本合成化学株式会社製商品名、非架橋性アクリル樹脂、Tg=-20℃
<架橋剤>
・SU-268A:明星化学工業株式会社製商品名、イソシアネート基がブロック剤で保護されたイソシアネート類
<界面活性剤>
・オルフィンE1010:日信化学工業株式会社製商品名、アセチレングリコール系
・BYK348:ビックケミー・ジャパン社製商品名、シリコーン系
・ベンリーゼ:旭化成株式会社商品名、セルロースからなる不織布
・トレシー:東レ株式会社商品名、ポリエステル、又は、ポリエステルとナイロンとからなる布
上表1および上表2に記載の表面張力は、表面張力計(協和界面科学(株)製、表面張力計CBVP-Z等)を用いて、ウィルヘルミー法で液温25℃にて測定した。
上表1および上表2に記載の接触角は、上記で得られたインク組成物のノズル形成面に対する接触角であり、ポータブル接触角計 PCA-1(協和界面科学株式会社製)を用いて、25℃にて測定した。なお、接触角を測定する際に用いたノズル形成面としては、単結晶シリコンで形成された撥液膜付きのシリコンノズルプレートを用いた。なお、当該プレートのインク吐出側の表面には、化学気相蒸着(CVD)リアクターにSiCl4及び水蒸気を導入することによって、CVD法により成膜された酸化シリコンの膜(SiO2膜)を形成した。SiO2膜の膜厚は50nmであった。さらに酸素プラズマ処理を行い、その後、C8F17C2H4SiCl3を用いて化学気相蒸着法(CVD)を行うことでSiO2膜に撥液膜を形成し、撥液膜付きのシリコンノズルプレートとした。
3.2.1.ノズル耐久性評価
インクジェット記録装置として、セイコーエプソン株式会社製プリンター(商品名「SC-F2000」)にインク組成物を貯留するタンク内を加圧し、加圧クリーニングを行うクリーニング機構と、セルロース由来の吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構と、を備えるように改造したもの(商品名「SC-F2000」の改造機)を用いた。なお、比較例3においては、加圧クリーニング機構に代えて減圧(吸引)クリーニング機構を有するように改造したものを用いた。なお、比較例5においては、セルロース由来の吸収部材に代えて化学繊維由来(化繊由来)の吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構を備えるように改造したものを用いた。
(評価基準)
S:着弾位置ズレが1μm以内。
A:着弾位置ズレが1μm超5μm以内。
B:着弾位置ズレが5μm超10μm以内。
C:着弾位置ズレが10μm超。
上表1および上表2に記載の各インク組成物について、布帛表面温度25℃(常温)の条件下で、SC-F2000を用いて印刷を1時間連続して行い、終了後、1ノズル列(360個ノズル)の吐出異常(不吐出)を検査した。なお、記録開始前は全ノズル正常な状態で開始した。下評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
S:吐出異常ノズル数が0ノズル。
A:吐出異常ノズル数が1~2ノズル。
B:吐出異常ノズル数が3~5ノズル。
C:吐出異常ノズル数が6ノズル以上。
木綿布帛に対して、インクジェットプリンター(セイコーエプソン社製、商品名「PXG930」)を用いたインクジェット法により、上記で調製したインク組成物を付着させた。記録条件としては、記録解像度を1440dpi×720dpiとし、記録範囲はA4サイズとし、ベタパターン画像を4層重ね塗りした。このようにしてインクジェット捺染を行った。ここで、「ベタパターン画像」とは、記録解像度で規定される最小記録単位領域である画素の全ての画素に対してドットを記録した画像を意味する。
(評価基準)
A:摩擦堅牢性が4級以上である。
B:摩擦堅牢性が2級以上4級未満である
C:摩擦堅牢性が2級未満である
評価試験の結果を、上表1および上表2に示す。
インク組成物を吐出するノズルと、前記ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記ノズルから前記インク組成物を排出させるクリーニング動作を行うクリーニング機構と、
前記ノズル形成面をセルロースを含む吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構と、を備え、
前記インク組成物が、顔料と架橋性成分と界面活性剤と水とを含有し、
前記インク組成物の前記ノズル形成面に対する接触角が50°以上であり、
前記クリーニング機構が、前記記録ヘッドの内部に圧力を加えクリーニングを行う加圧クリーニングである。
前記界面活性剤が、アセチレングリコール系界面活性剤であってもよい。
前記加圧クリーニングにおける加圧力が38kPa以下であってもよい。
前記ノズル形成面が、加水分解性結合を介して結合したフッ素化合物を有していてもよい。
前記インク組成物が、樹脂粒子をさらに含有してもよい。
前記樹脂粒子がウレタン樹脂であってもよい。
前記樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)が-10℃以下であってもよい。
上記態様のインクジェット記録装置におけるメンテナンス方法であって、
前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、前記ノズルから前記インク組成物を排出させる前記加圧クリーニングを行うクリーニングステップと、
前記ノズル形成面をセルロースを含む前記吸収部材により払拭する払拭クリーニングステップと、を含む。
Claims (8)
- インク組成物を吐出するノズルと、前記ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記ノズルから前記インク組成物を排出させるクリーニング動作を行うクリーニング機構と、
前記ノズル形成面をセルロースを含む吸収部材により払拭する払拭クリーニング機構と、を備え、
前記インク組成物が、顔料と架橋性成分と界面活性剤と水とを含有し、
前記インク組成物の前記ノズル形成面に対する接触角が50°以上であり、
前記クリーニング機構が、前記記録ヘッドの内部に圧力を加えクリーニングを行う加圧クリーニングである、インクジェット記録装置。 - 前記界面活性剤が、アセチレングリコール系界面活性剤である、請求項1に記載のインクジェット記録装置。
- 前記加圧クリーニングにおける加圧力が38kPa以下である、請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録装置。
- 前記ノズル形成面が、加水分解性結合を介して結合したフッ素化合物を有する、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記インク組成物が、樹脂粒子をさらに含有する、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記樹脂粒子がウレタン樹脂である、請求項5に記載のインクジェット記録装置。
- 前記樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)が-10℃以下である、請求項5または請求項6に記載のインクジェット記録装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置におけるメンテナンス方法であって、
前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、前記ノズルから前記インク組成物を排出させる前記加圧クリーニングを行うクリーニングステップと、
前記ノズル形成面をセルロースを含む前記吸収部材により払拭する払拭クリーニングステップと、を含む、メンテナンス方法。
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