JP2013035984A - インク組成物、これを用いる記録ユニットおよびインクジェット記録装置、ならびに記録物 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出安定性に優れたインク組成物を提供すること。
【解決手段】本発明に係るインク組成物は、段差部を備えたノズルから吐出されるインク組成物であって、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の少なくとも一方を含有し、前記第１水溶性有機溶剤は、２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であり、前記第２水溶性有機溶剤は、該第２水溶性有機溶剤を１０質量％含む水溶液とした場合の２０℃における表面張力が５０ｍＮ／ｍ以下であり、前記第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計は、０．１５質量％以上である。
【選択図】図３

Description

本発明は、インク組成物、これを用いる記録ユニットおよびインクジェット記録装置、ならびに記録物に関する。

従来から、インクジェット記録用ヘッドのノズルから吐出させた微小なインク組成物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。例えば、特許文献１〜特許文献３には、色材、有機溶剤、界面活性剤等の種々の成分を含むインクジェット用インク組成物が開示されている（特許文献１〜特許文献３）。

一方、近年の画像の高画質化の要求から、高解像度のインクジェット記録用ヘッドの開発が広く行われている。例えば、インクジェット記録用ヘッドを高解像度とするために、ヘッドに備えられたノズルプレートのノズルの数を増やすことが行われている。例えば、特許文献４には、ノズルの形成をエッチング等により行うことが開示されている、このように、ノズルの形成をエッチングにより行うと、ノズル同士の間隔が小さい微細な加工が可能となり、ノズルプレートに多数のノズルを形成することができる。

特開２００６−２７１９３号公報 特開２０１０−２３３６２号公報 特許第３９７２９２６号 特開２００６−１８１８２７号公報

上記のようなノズルは、インクの吐出性能を高めるために、インクの吐出方向に向かってノズルの口径を小さくした多段形状（段差部）を備えている場合がある。このような形状のノズルからインクを吐出させると、吐出時にノズル内への気泡の巻き込みが発生しやくなり、インクの吐出安定性が低下する場合があった。

本発明に係る幾つかの態様は、前記課題の少なくとも一部を解決することで、吐出安定性に優れたインク組成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］
本発明に係るインク組成物の一態様は、
段差部を備えたノズルから吐出されるインク組成物であって、
第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の少なくとも一方を含有し、
前記第１水溶性有機溶剤は、２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であり、
前記第２水溶性有機溶剤は、該第２水溶性有機溶剤を１０質量％含む水溶液とした場合の２０℃における表面張力が５０ｍＮ／ｍ以下であり、
前記第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計は、０．１５質量％以上である。

適用例１のインク組成物によれば、吐出安定性に優れる。

［適用例２］
適用例１において、
前記ノズルは、ノズルプレートに形成されており、
前記ノズルプレートは、シリコン結晶を用いて形成されたものである。

［適用例３］
適用例２において、
前記ノズルプレートは、ヘッドに備えられており、
前記ヘッドは、３００ｄｐｉ以上のノズル密度を有し、かつ、ピエゾ方式のヘッド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、
前記第１水溶性有機溶剤を２種以上含有することができる。

［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、
前記第１水溶性有機溶剤は、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールおよび１，２−ヘキサンジオールの少なくとも一方であることができる。

［適用例６］
本発明に係る記録ユニットの一態様は、
適用例１ないし適用例５のいずれか１例に記載のインク組成物と、
段差部を備え、前記インク組成物を吐出するノズルと、
前記ノズルが設けられたヘッドと、
を有する。

適用例６の記録ユニットによれば、上記のインク組成物を用いるため、インクの吐出安定性に優れる。

［適用例７］
本発明に係るインクジェット記録装置の一態様は、
段差部を備えたノズルを有し、
前記ノズルから適用例１ないし適用例５のいずれか１例に記載のインク組成物を吐出することによって記録を行う。

適用例７のインクジェット記録装置によれば、上記のインク組成物を用いるため、インクの吐出安定性に優れる。

［適用例８］
本発明に係る記録物の一態様は、
適用例８に記載のインクジェット記録装置によって記録される。

本発明の一実施形態に係るプリンターの構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るヘッドの構成を模式的に示す分解斜視図。 本発明の一実施形態に係るヘッドの内部構成を模式的に示す部分断面図。 本発明の一実施形態に係るヘッドのノズルを拡大して示す部分断面。

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。

１．インク組成物
本発明の一実施形態に係るインク組成物は、段差部を備えたノズルから吐出されるインク組成物であって、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の少なくとも一方を含有する。以下、本実施形態に係るインク組成物に含まれる成分について説明する。

１．１．第１水溶性有機溶剤
第１水溶性有機溶剤は、２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする。

第１水溶性有機溶剤は、後述する段差部を有するノズルから吐出されるインク組成物の吐出安定性を著しく向上させることができる。この理由については、詳細は明らかになっていないが、以下のメカニズムによるものと考えられる。

通常、ノズルからインク組成物の液滴（単に「インク滴」ともいう。）を吐出した後、同一のノズルから次の液滴が吐出されるまでの間に、ノズルに残ったメニスカスの表面に界面活性剤等の成分が並ぶことによって、インクのメニスカス形状が正常に保たれる。これにより、インク滴の着弾位置のずれが生じにくくなり、吐出安定性を良好にすることができる。

これに対して、後述する段差部を有するノズルからインク滴を吐出すると、ノズル内への気泡の巻き込みが生じやすい傾向にある。そのため、ノズル内の気泡に阻害されて、同一ノズルから次のインク滴を吐出するまでの時間内に、メニスカスの表面では界面活性剤等の成分が並びきることができない。そのため、段差部を有するノズルを用いると、メニスカス形状を正常に保つことができず、吐出安定性が低下する傾向にあると考えられる。

このような場合に、第１水溶性有機溶剤は、例えば、連続してインク滴を吐出する場合におけるインク滴の吐出間隔に相当する微小時間（例えば、１００μ秒）内に、効果的にメニスカスの表面張力を調整することができ、その結果、ノズル内への気泡の巻き込みを低減することができると考えられる。これにより、第１水溶性有機溶剤は、後述する段差部を有するノズルから吐出されるインク組成物の吐出安定性を著しく向上させることができる。

また、本実施形態に係るインク組成物を、ピエゾ方式を採用し、高密度（３００ｄｐｉ以上）のノズル解像度（ノズルプレートにおけるノズルの密度）のヘッドに用いた場合、インク組成物中に含まれる第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤（後述）の作用により、クロストークに起因した吐出不良が発生しにくくなる。

ここで、クロストークとは、ピエゾ方式のヘッドにおいて、インクを吐出するためにノズルＡに対応する圧電素子に電圧をかけた場合に、インクを吐出しないノズルＡに隣接するノズルＢに対応する圧電素子にも電圧がかかる現象をいう。特に、高密度ヘッドであると、ノズル間隔が狭いので、クロストークが生じやすい。このようにクロストークが起きると、本来インク滴の吐出されるはずのないノズルからインク滴が吐出されることがあり、吐出不良の原因となる。

また、詳細な理由は明らかになっていないが、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤（後述）は、ピエゾ方式のヘッドの駆動周波数に対するインク滴の吐出量の制御に、効果的に寄与する。そのため、第１水溶性有機溶剤を用いることで、インク滴の吐出量の制御が容易になる。

第１水溶性有機溶剤は、２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であり、好ましくは２０ｍＮ／ｍ以上３０ｍＮ／ｍ以下であり、より好ましくは２５ｍＮ／ｍ以上３０ｍＮ／ｍ以下である。第１水溶性有機溶剤の表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であると、段差部を有するノズルを用いた場合のインクの吐出安定性に優れる。一方、第１水溶性有機溶剤の表面張力が３０ｍＮ／ｍを超えると、段差部を有するノズルを用いた場合のインクの吐出安定性が低下する傾向にある。第１水溶性有機溶剤の表面張力は、表面張力計を用いて、静的表面張力を測定することによって求められる。このような表面張力計としては、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ法を測定原理とする自動表面張力計ＣＢＶＰ−Ａ３（協和界面化学株式会社製）、あるいはこれと同等精度の測定装置が挙げられる。

第１水溶性有機溶剤（２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下）としては、例えば、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール（２９ｍＮ／ｍ）、１，２−ヘキサンジオール（２７ｍＮ／ｍ）、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル（２９ｍＮ／ｍ）、エタノール（２３ｍＮ／ｍ）、１−プロパノール（２４ｍＮ／ｍ）、２−プロパノール（２２ｍＮ／ｍ）、１−ブタノール（２５ｍＮ／ｍ）、イソブチルアルコール（２３ｍＮ／ｍ）、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イソペンチルアルコール（２４ｍＮ／ｍ）、２−メチル−２，４−ペンタンジオール（２７ｍＮ／ｍ）、ジプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレンングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールエーテルアセテート等が挙げられる。なお、括弧内の数値は、２０℃における表面張力を示す。第１水溶性有機溶剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも特に好ましくは、１，２−ヘキサンジオールおよび２−エチル−１，３−ヘキサンジオールであり、最も好ましくは１，２−ヘキサンジオールである。

なお、上記範囲を満たさない（２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍを超える）溶剤としては、例えば１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，３−ブタンジオール、プロピレングリコール、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、グリセリン、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エチルエーテルアセテート等が挙げられる。

第１水溶性有機溶剤および後述する第２水溶性有機溶剤の含有量の合計は、０．１５質量％以上であり、好ましくは０．１５質量％以上１０質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上１０質量％以下であり、さらに好ましくは０．５質量％以上６質量％以下である。第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計が０．１５質量％以上であると、後述する段差部を有するノズルから吐出されるインク組成物の吐出安定性を著しく向上させることができる。一方、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計が０．１５質量％未満であると、後述する段差部を有するノズルから吐出されるインク組成物の吐出安定性が低下する傾向にある。

なお、本明細書において、「第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計」とは、インク組成物中に両溶剤のうち１種しか含まれていない場合には、その１種の含有量を示し、インク組成物中に両溶剤が含まれている場合には、両溶剤の含有量の合計を示す。

第１水溶性有機溶剤として、１，２−ヘキサンジオールを用いる場合には、１，２−ヘキサンジオールの含有量が２．５質量％以上であることが好ましい。１，２−ヘキサンジオールを所定量含有させた場合は、記録媒体への浸透性、記録装置の波形特性が良好な事から吐出安定性、難水溶性溶剤の溶解性等の向上といった種々の効果が得られる。

また、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールを含ませた場合には、記録媒体への浸透性、吐出安定性の向上効果が得られる。２−エチル−１，３−ヘキサンジオールの含有量は、特に限定されないが、０．０１質量％以上２．５質量％未満が好ましい。より好ましくは、０．０３質量％以上２．０質量％以下が好ましい。

第１水溶性有機溶剤は、後述する第２水溶性有機溶剤と組み合わせて用いてもよいし、単独で用いてもよい。

１．２．第２水溶性有機溶剤
第２水溶性有機溶剤は、該第２水溶性有機溶剤を１０質量％含む水溶液とした場合の２０℃における表面張力が５０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする。第２水溶性有機溶剤の表面張力は、第２水溶性有機溶剤１０質量％を水９０質量％に溶解して得られた水溶液を用いて測定する。第２水溶性有機溶剤を水溶液とした場合の表面張力の測定は、第１水溶性有機溶剤の表面張力の測定に用いた装置を用いて、同様の測定方法で行うことができる。

第２水溶性有機溶剤は、後述する段差部を有するノズルから吐出されるインク組成物の吐出安定性を著しく向上させることができる。この理由については、第１水溶性有機溶剤と同様であるので、その説明を省略する。

第２水溶性有機溶剤としては、例えば、常温（２０℃）で固体である１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール等が挙げられる。なお、１，６−ヘキサンジオールを１０質量％含む水溶液とした場合の２０℃における表面張力は、４３．６ｍＮ／ｍである。第２水溶性有機溶剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。

また、第２水溶性有機溶剤は、後述する第１水溶性有機溶剤と組み合わせて用いてもよいし、単独で用いてもよい。

１．３．その他の成分
本実施形態に係るインク組成物は、上記以外の成分を含有してもよい。以下、インク組成物に添加可能な成分について、具体的に説明する。

１．３．１．その他の水溶性有機溶剤
本実施形態に係るインク組成物は、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤以外のその他の水溶性有機溶剤を含有してもよい。

その他の水溶性有機溶剤としては、例えば、多価アルコール類、ピロリドン誘導体等が挙げられる。その他の水溶性有機溶剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。

多価アルコール類としては、例えば、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、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、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘプタンジオール、１，２−オクタンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、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は、インク組成物の乾燥を防止し、ノズルにおける目詰まりを防止する効果がある。

ピロリドン誘導体としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、５−メチル−２−ピロリドン等が挙げられる。

１．３．２．界面活性剤
本実施形態に係るインク組成物は、界面活性剤を含有してもよい。インク組成物に界面活性剤を含有させることにより、表面張力および、ノズル等のインクと接触する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。したがって、これをインクジェット記録装置に用いた場合、吐出安定性を高めることができる。また、記録媒体上でインクの濃淡ムラや滲みを生じないように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／またはアセチレングリコール系界面活性剤がより好ましい。

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（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。シリコーン系界面活性剤を含有する場合には、その含有量が、インク組成物の全質量に対して、０．１質量％以上２質量％以下であることが好ましい。

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。アセチレングリコール系界面活性剤を含有する場合には、その含有量が、インク組成物の全質量に対して、０．１質量％以上２質量％以下であることが好ましい。

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。

１．３．３．水
本実施形態に係るインク組成物は、水を含有することが好ましい。水は、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。

１．３．４．着色剤
本実施形態に係るインク組成物は、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、特に限定されないが、例えば、染料、顔料、光輝性顔料、白色系色材等が挙げられる。

着色剤の含有量は、インク組成物全質量に対して、好ましくは１質量％以上２０質量％以下であり、より好ましくは１質量％以上１５質量％以下である。

染料および顔料は、米国特許出願公開２０１０／００８６６９０号明細書、米国特許出願公開２００５／０２３５８７０号明細書、国際公開第２０１１／０２７８４２に記載されているもの等を好適に用いることができる。染料および顔料のうち、顔料を含むことが一層好ましい。顔料は、耐光性、耐候性、耐ガス性などの保存安定性の観点から有機顔料であることが好ましい。

具体的には、顔料は、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料などのアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料などの多環式顔料、染料キレート、染色レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料などが用いられる。上記顔料は、１種単独でも、２種以上併用して用いることもできる。

また、染料としては、例えば、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建染染料、可溶性建染染料、反応分散染料等の通常インクジェット記録に使用する各種染料を使用することができる。

白色系色材としては、例えば金属酸化物、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。金属酸化物としては、例えば二酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等が挙げられる。また、白色系色材には、中空構造を有する粒子を含み、中空構造を有する粒子としては、特に限定されるものではなく、公知のものを用いることができる。中空構造を有する粒子としては、例えば、米国特許第４，８８０，４６５号などの明細書に記載されている粒子を好ましく用いることができる。

本実施形態のインク組成物に含有される光輝性顔料としては、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。インク組成物が、光輝性顔料を含むことにより、優れた光輝性を有する画像を形成することができる。

本実施形態に係るインク組成物に光輝性顔料として、銀粒子が含有される場合には、銀粒子は、例えば以下のような銀粒子水分散液として供給される。なお、銀粒子は、必ずしも水分散液の性状で供給されなくてもよく、分散性が確保できる限り、粉体の性状で供給されてもよい。

銀粒子水分散液は、銀粒子および水を含む。本実施形態の銀粒子水分散液に含まれる銀粒子は、銀を主成分とする粒子である。銀粒子は、例えば、副成分として、他の金属、酸素、炭素等を含んでも良い。銀粒子における銀の純度としては、例えば、５０％以上とすることができる。銀粒子は、銀と他の金属の合金であってもよい。また、銀粒子水分散液中の銀粒子は、コロイド（粒子コロイド）の状態で存在していてもよい。銀粒子がコロイド状態で分散している場合は、さらに分散性が良好となり、例えば、銀粒子水分散液、およびこれをインク組成物に配合した場合の保存安定性の向上に寄与することができる。

１．３．５．その他の成分
本実施形態に係るインク組成物は、樹脂を含有してもよい。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、インク組成物の記録媒体に対する定着性や耐擦性を向上させたり、インク組成物中における着色剤の分散性を向上させたりすることができる。

本実施形態に係るインク組成物は、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。本実施形態に係る第１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。

本実施形態に係るインク組成物は、従来公知の装置、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、バスケットミル、ロールミルなどを使用して、従来の顔料インクと同様に調製することができる。調製に際しては、メンブランフィルターやメッシュフィルター等を用いて粗大粒子を除去することが好ましい。

１．４．インク組成物の物性
本実施形態に係るインク組成物の２０℃における粘度は、３ｍＰａ・ｓ以上１０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、３ｍＰａ・ｓ以上６ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。インク組成物は、２０℃における粘度が上記範囲内にあると、ノズルから適量吐出され、飛行曲がりを起こすことや飛散することを一層低減できるので、インクジェット記録装置に好適に使用することができる。インク組成物の粘度は、振動式粘度計ＶＭ−１００ＡＬ（山一電機株式会社製）を用いて、インク組成物の温度を２０℃に保持することで測定できる。

また、本実施形態に係るインク組成物の２０℃における表面張力は、２０ｍＮ／ｍ以上４０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましく、２５ｍＮ／ｍ以上３５ｍＮ／ｍ以下であることがより好ましい。インク組成物の表面張力がこの範囲内にあれば、インクの吐出安定性を良好にすることができ、記録媒体に対する適正な濡れ性を確保することができる。インク組成物の表面張力は、上述した第１水溶性有機溶剤と同様の装置を用いて測定できる。

２．記録ユニット、インクジェット記録装置
本発明に係る記録ユニットの一態様は、上述したインク組成物と、段差部を備え当該インク組成物を吐出するノズルと、当該ノズルが設けられたヘッドと、を有する。本実施形態に係る記録ユニットは、インクジェット記録ユニットであることが好ましい。

本発明に係るインクジェット記録装置の一態様は、段差部を備えたノズルを有し、当該ノズルから上述したインク組成物を吐出することにより記録を行う。

以下、インクジェット記録ユニットを備えたインクジェット記録装置を具体例として説明する。

本実施形態では、インクジェット記録装置としてインクジェットプリンター（以下、単に「プリンター」という。）を例示する。以下、プリンターについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、本発明は、この装置構成に限定されるわけではない。

図１は、本実施形態におけるプリンター１の構成を示す斜視図である。図１に示すプリンター１は、シリアルプリンターである。シリアルプリンターとは、所定の方向に移動するキャリッジにヘッドが搭載されており、キャリッジの移動に伴ってヘッドが移動することにより記録媒体上に液滴を吐出するもののことをいう。

図１に示すように、プリンター１は、ヘッド２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Ｐが搬送されるプラテン５と、キャリッジ４を記録媒体Ｐの媒体幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、記録媒体Ｐ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。また、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。なお、上記媒体幅方向とは、主走査方向（ヘッド走査方向）である。上記媒体送り方向とは、副走査方向（主走査方向に直交する方向）である。

制御部ＣＯＮＴは、上述したキャリッジ４、ヘッド２、キャリッジ移動機構７、媒体送り機構８等の各動作の実行タイミング等を制御したり、連携させたりする実行動作を行うことができる。

図２は、ヘッド２の構成を模式的に示す分解斜視図である。図３は、ヘッド２の内部構成を模式的に示す部分断面図である。図４は、ヘッド２のノズル２１を拡大して示す部分断面図である。

図２の例では、ヘッド２は、流路形成基板１０、ノズルプレート２０、保護基板３０、コンプライアンス基板４０、ヘッドケース１１、板状部材４００を有する。

流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。なお、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板以外の材料、例えば、金属板やセラミック板などであってもよい。

流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設された列が２列設けられている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバー部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が設けられたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、１つのヘッド２には、ノズル２１の並設されたノズル列が２列設けられている。なお、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又はステンレス鋼などからなる。

これらの中でも、ノズルプレート２０は、シリコン単結晶、シリコン多結晶等のシリコン結晶を用いることが好ましい。これらの中でも、ノズルプレート２０は、シリコン単結晶であることがより好ましい。ノズルプレートがシリコン結晶からなる場合には、公知のエッチングプロセス（例えば、ウェットエッチングやドライエッチング）によって、精度良い加工が可能であり、これらの組み合わせによってノズルを形成する場合が多い。そのため、シリコン結晶からなるノズルプレートを用いると、パンチング等によってノズルを形成するより場合よりも、ノズルをより高密度（例えば、ノズル密度３００ｄｐｉ以上）に形成できる。一方、このような場合は、下記に述べるような段差部を有するノズルとなりやすい。

ノズル２１は、液滴の吐出性能を高めるために、ノズルの開口径が段階的に変化するように形成されており、２段以上の多段形状で形成される。例えば、図４に示すように、ノズル２１は、大口径部２１ａと、当該大口径部２１ａよりも開口径の小さい小口径部２１ｂと、からなる。大口径部２１ａおよび小口径部２１ｂは、インクの液滴を吐出する方向に向かって、この順（大口径部２１ａ、小口径部ｂの順）に設けられる。

ここで、本発明において、ノズルの段差部とは、１つのノズル２１において、開口径の異なる部分同士の接続部のことをいう。また、「段差部」とは、開口径の異なる部分同士の接続部の角度が７０°以上、より好ましくは８０°以上であるものを言う（図４においては約９０°）。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とが積層形成されて、本実施形態の圧力発生素子である圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。

圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、絶縁体膜５５上まで延設されたリード電極９０が接続されている。リード電極９０は、一端部が上電極膜８０に接続されていると共に、他端部側が圧電素子３００が並設された列と列との間に延設されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。

保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、本実施形態では、２つの圧電素子保持部３２の間に設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されており、コンプライアンス基板４０上には、保持部材であるヘッドケース１１０が設けられている。

また、可撓性のある配線基板の一種として、プリント基板であるＣＯＦ基板４１０を用いており、圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００は、ＣＯＦ基板４１０に実装してある。ここで、ＣＯＦ基板４１０は、下端部がリード電極９０に接続されるとともにほぼ垂直に立ち上げられて支持部材である板状部材４００の側面に接着されている。本実施形態では、これら板状部材４００、ＣＯＦ基板４１０及び駆動回路２００で配線基板が構成されている。ヘッド２では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、圧電素子３００が圧力発生室１２の幅方向（圧電素子３００の幅方向）に並設された列が２列設けられている。

上記構成、すなわちピエゾ方式のヘッド２では、インクカートリッジ３と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００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膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が吐出する。これにより、記録媒体Ｐ上に所望の画像を形成することができる。

本実施形態に係るインクジェット記録装置は、上記のインク組成物を用いて、空隙層を有する記録媒体に対して好適に使用される。空隙型の記録媒体とは、インクの吐出される面が無機粒子（例えば、シリカやアルミナ）を主成分として構成され、無機粒子間または無機粒子に設けられた孔の空隙に液体が浸透するように構成されたもののこと、あるいは、インクの吐出される面が膨潤する樹脂を主成分として構成され、当該樹脂がインク滴より膨潤し、それによって開いた孔にインク滴に含まれる成分が浸透するよう構成されているもののことをいう。空隙層を有する記録媒体に記録した場合には、第１水溶性有機溶剤または第２水溶性有機溶剤は浸透剤として、顔料の空隙型の記録媒体に好適に浸透を促し、顔料成分を表面に緻密に残すことができる。緻密に残された顔料成分は、良好な耐擦性、発色性を示す効果がある。

本実施形態に係るインクジェット記録装置は、段差部を備えたノズルを有しているため、液滴の吐出性能に優れており、その上、上記のインク組成物を用いるため、インクの吐出安定性にも優れている。

３．実施例
以下、本発明を実施例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

３．１．インク組成物の調製
表１および表２に記載の配合量で、各成分を混合・攪拌し、孔径５μｍの金属フィルターにてろ過、真空ポンプを用いて脱気処理をして、以下の評価に用いるインク組成物を調製した。

表１〜表２おけるインク組成の単位は、いずれも、質量％である。また、表１および表２中の有機溶剤における括弧内の数値は、各有機溶剤の表面張力（ｍＮ／ｍ）を示す。各有機溶剤の表面張力は、各有機溶剤を２０℃として、自動表面張力計ＣＢＶＰ−Ａ３（協和界面化学株式会社製）を用いて測定した。なお、有機溶剤のうち、１，６−ヘキサンジオールおよびトリメチロールプロパンは、常温（２０℃）で固形状態であったため、これらの表面張力の測定は、イオン交換水に溶解させて１０％水溶液としたものを用いて行った。

また、表１および表２中のインク組成物の表面張力（ｍＮ／ｍ）は、各インク組成物を２０℃として、有機溶剤の表面張力と同様の装置を用いて測定した。

表１〜表２に記載の成分は、具体的には、以下のものを用いた。
（着色剤）
・シアン顔料（ピグメントブルー１５：３）
・ブラック顔料（カーボンブラック）
・銀顔料（銀粒子）
（有機溶剤）
・２−エチル−１，３−ヘキサンジオール
・１，２−ヘキサンジオール
・テトラエチレングリコールモノブチルエーテル
・ポリエチレングリコール＃４００（商品名、ナカライテクス株式会社製、分子量３８０〜４２０）
・ジプロピレングリコール
・１，５−ペンタンジオール
・グリセリン
・１，６−ヘキサンジオール
・トリメチロールプロパン
（界面活性剤）
・ＢＫＹ−３４８（商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製、ポリシロキサン系界面活性剤）
（その他の成分）
・トリエタノールアミン（ｐＨ調製剤）
・イオン交換水

銀顔料は、次のようにして作製した。まず、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）（重量平均分子量１００００）を７０℃の条件下で１５時間加熱して、その後室温で冷却をした。そのＰＶＰ１０００ｇを、エチレングリコール溶液５００ｍｌに添加してＰＶＰ溶液を調整した。別の容器にエチレングリコールを５００ｍｌ入れ、硝酸銀１２８ｇを加えて電磁攪拌器で十分に攪拌をして硝酸銀溶液を調整した。ＰＶＰ溶液を１２０℃の条件下でオーバーヘッドミキサーを用いて攪拌しつつ、硝酸銀溶液を添加して約８０分間加熱して反応を進行させた。そして、その後室温で冷却をさせた。得られた溶液を遠心分離機で２２００ｒｐｍの条件下で１０分間遠心分離を行った。その後、分離が出来た銀粒子を取り出して、余分なＰＶＰを除去するためエタノール溶液５００ｍｌに添加した。そして、さらに遠心分離を行い、銀粒子を取り出した。さらに、取り出した銀粒子を真空乾燥機で３５℃、１．３Ｐａの条件下で乾燥させた。このようにして、銀粒子を得た。

なお、銀顔料を含むインク組成物の調製にあたって、銀粒子をあらかじめ水で分散させた銀粒子分散液を用いた。具体的には、上記のようにして得られた銀粒子を純水に３時間攪拌することにより再分散させて、固形分率２０％の分散液を調製し、銀粒子水分散液とした。

また、シアン顔料およびブラック顔料は、下記の方法によって分散させた。水溶性樹脂（メタクリル酸／ブチルアクリレート／スチレン／ヒドロキシエチルアクリレート＝２５／５０／１５／１０の質量比で共重合したもの。重量平均分子量１２，０００）４０部を水酸化カリウム７部、水２３部およびトリエチレングリコール−モノ−ｎ−ブチルエーテル３０部の混合液に投入し、８０℃で加熱および撹拌して溶解し、水溶性樹脂溶液を調整した。この溶液（固形分４３％）１．７５ｋｇに、以下の顔料を３．０ｋｇ、エチレングリコール１．５ｋｇおよび水８．７５ｋｇを配合し、混合撹拌機で撹拌しプレミキシングを行った。この顔料混合液を０．５ｍｍのジルコニアビーズを８５％充填した１．５リットルの有効容積を有する多ディスク型羽根車を備えた横型のビーズミルで多パス方式により分散を行った。具体的には、ビーズ周速を８ｍ／秒、１時間に３０リットルの吐出量で２パス行い、顔料混合液を得た。次に０．０５ｍｍのジルコニアビーズを９５％充填した１．５リットルの有効容積を有する横型のアニュラー型のビーズミルで循環分散を行った。スクリーンは０．０１５ｍｍのものを使用し、ビーズ周速を１０ｍ／秒で、顔料分散混合液量１０ｋｇを循環量３００リットル／時で４時間分散処理を行い、顔料固形分２０％の顔料分散液を得た。

３．２．インクジェットプリンター
以下の評価試験にあたって、インクジェットプリンターＡ（以下、「プリンターＡ」ともいう。）およびインクジェットプリンターＢ（以下、「プリンターＢ」ともいう。）を用いた。

プリンターＡは、インクジェットプリンターＰＸ−Ｇ９３０（セイコーエプソン株式会社製）にヘッドＡを取り付けたものである。ヘッドＡは、液滴の吐出方向に向かって口径が小さくなるテーパー状のノズルを有しており、ニッケルおよびポリテトラフルオロエチレンを用いた共析めっきにより作製されたものである。ヘッドＡのノズル密度は、１８０ｄｐｉである。

プリンターＢ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）にヘッドＢを取り付けたものである。ヘッドＢは、液滴の吐出方向に向かって口径が段階的に小さくなるノズル（図４のような段差部を備えるノズル）を有しており、シリコン単結晶からなる。ヘッドＢのノズル密度は、３６０ｄｐｉである。

上記のプリンターＡおよびプリンターＢの専用インクカートリッジに表１および表２に記載のインク組成物を充填して、当該インクカートリッジをプリンターＡおよびプリンターＢのフォトブラック列に装着し、これ以外のノズル列には市販のインクカートリッジを装着した。なお、ブラック列以外に装着した市販のインクカートリッジは、ダミーとして用いるものであり、本実施例の評価では使用しないので、本発明の効果に関与するものではない。

３．３．吐出安定性の評価試験
３．３．１．評価サンプルの作製
上記のプリンターＡおよびプリンターＢを用いて、温度３５℃・湿度３５％ＲＨの雰囲気下で、写真用紙（商品名「写真用紙＜光沢＞」、セイコーエプソン株式会社製、Ａ４サイズ）に１００枚連続して印刷を行い、ベタパータン画像が印刷された記録物（評価サンプル）を得た。なお、印刷条件は、画像解像度１４４０×１４４０ｄｐｉ、Ｄｕｔｙ１００％とした。

ここで、「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」はそれぞれ単位方向当たりの解像度である。）

３．３．２．評価試験
得られた評価サンプルを目視にて観察して、印字乱れの有無を確認することで、インクの吐出安定性を評価した。評価基準は、次の通りである。また、評価結果を表１および表２に併せて示す。
ＡＡ：印字乱れが全くない
Ａ：印字乱れが１カ所ある
Ｂ：印字乱れが２カ所〜３カ所ある
Ｃ：印字乱れが４カ所〜５カ所ある
Ｄ：印字乱れが６カ所以上ある

３．４．評価結果
表１に示すように、実施例１〜実施例１５のインク組成物は、いずれも、吐出安定性に優れていることが示された。

一方、比較例１〜比較例５のインク組成物は、第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤を含有していない。そのため、表２の吐出安定性の評価結果に示すように、ヘッドＢを搭載したプリンターＢを用いた際の吐出安定性が低下した。

また、比較例６のインク組成物は、第２水溶性有機溶剤を含有せず、第１水溶性有機溶剤に相当する成分を含有するがその含有量が０．１５質量％未満である。そのため、表２の吐出安定性の評価結果に示すように、ヘッドＢを搭載したプリンターＢを用いた際の吐出安定性が低下した。

また、比較例７のインク組成物は、第１水溶性有機溶剤を含有せず、第２水溶性有機溶剤に相当する成分を含有するがその含有量が０．１５質量％未満である。そのため、表２の吐出安定性の評価結果に示すように、ヘッドＢを搭載したプリンターＢを用いた際の吐出安定性が低下した。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、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（例えば、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、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、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、２１ａ…大口径部、２１ｂ…小口径部、３０…保護基板、３１…リザーバー部、３２…圧電素子保持部、３３…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、５０…弾性膜、５５…絶縁体膜、６０…下電極膜、７０…圧電体層、８０…上電極膜、９０…リード電極、１００…リザーバー、１１０…ヘッドケース、２００…駆動回路、３００…圧電素子、４００…板状部材、４１０…ＣＯＦ基板

Claims (8)

1. 段差部を備えたノズルから吐出されるインク組成物であって、
   第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の少なくとも一方を含有し、
   前記第１水溶性有機溶剤は、２０℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であり、
   前記第２水溶性有機溶剤は、該第２水溶性有機溶剤を１０質量％含む水溶液とした場合の２０℃における表面張力が５０ｍＮ／ｍ以下であり、
   前記第１水溶性有機溶剤および第２水溶性有機溶剤の含有量の合計は、０．１５質量％以上である、インク組成物。
2. 請求項１において、
   前記ノズルは、ノズルプレートに形成されており、
   前記ノズルプレートはシリコン結晶を用いて形成されたものである、インク組成物。
3. 請求項２において、
   前記ノズルプレートは、ヘッドに備えられており、
   前記ヘッドは、３００ｄｐｉ以上のノズル密度を有し、かつ、ピエゾ方式のヘッドである、インク組成物。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記第１水溶性有機溶剤を２種以上含有する、インク組成物。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記第１水溶性有機溶剤は、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールおよび１，２−ヘキサンジオールの少なくとも一方である、インク組成物。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインク組成物と、
   段差部を備え、前記インク組成物を吐出するノズルと、
   前記ノズルが設けられたヘッドと、
   を有する、記録ユニット。
7. 段差部を備えたノズルを有し、
   前記ノズルから請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインク組成物を吐出することによって記録を行う、インクジェット記録装置。
8. 請求項７に記載のインクジェット記録装置によって記録された記録物。

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